CN103368221A - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种即使是多个电池被串联连接的大型电池系统，在熔丝熔断的情况下，也能够容易确定熔丝的熔断部位的电池系统。本发明的电池系统的特征在于，具备电池包，该电池包具有：串联电路，其串联连接了多个电池模块，该电池模块具有与单电池串联连接的熔丝、以及与该熔丝并联连接且阳极连接到所述单电池的正极侧的发光二极管；以及开关元件，其与所述串联电路并联连接。

Description

电池系统
技术领域
本发明涉及搭载了熔丝熔断检测装置的电池系统。
背景技术
近年来正在开发的电池系统可用于各种用途，且电池系统的规模随着其使用目而不同。尤其是，在用于服务器中心等抑制负荷变动或停电对策、铁道的再生电力吸收系统、可再生能源系统或原子力发电厂等大规模系统的稳定化中的电池系统成为大规模的系统。由于这样的大规模的电池系统以长时间使用作为前提，所以要求提高安全性和维护性。
在这样的大规模的电池系统中，为了提高安全性，采用在各个电池模块中设置熔丝等对策。另一方面，在某一个电池模块的熔丝熔断的情况下，存在想容易确定在哪个电池模块中发生了熔丝熔断的需求。
在专利文献1中，公开了如下发明：对串联连接在电池上的熔丝并联连接发光二极管，在熔丝熔断时使该发光二级管发光，从而输出警告。
【专利文献1】日本特开2008-296863号公报
但是，在专利文献1记载的发明中，存在如下的可能性，即在具有与电源(电池)串联连接的熔丝的蓄电模块被串联连接了多个的情况下，在熔丝熔断时，熔丝的两端被施加“电池电压×串联数-逆变器电压”，无法向发光二极管施加已知的电压，在大型的电池系统中不能充分应对。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种即使是多个电池被串联连接的大型电池系统，也能够在熔丝熔断的情况下容易确定熔丝的熔断部位的电池系统。
本发明的电池系统的特征在于，具备电池包，该电池包包括：串联电路，其串联连接了多个电池模块，该电池模块具有与单电池串联连接的熔丝、和与该熔丝并联连接且阳极连接到所述单电池的正极侧的发光二极管；以及开关元件，其与所述串联电路并联连接。
(发明效果)
通过实施本发明，能够提供一种即使是多个电池被串联连接的大型电池系统，也能够在熔丝熔断的情况下容易确定熔丝的熔断部位的电池系统。
附图说明
图1是本发明涉及的发电系统的图。
图2是本发明涉及的电池系统201的框图。
图3是本发明涉及的电池模块30的电路图。
图4是本发明涉及的电池包40的电路图。
图5是本发明涉及的电池系统201的电路图。
图6是本发明的第二实施方式涉及的电池包140的电路图。
图7是本发明的第三实施方式涉及的电池系统201的电路图。
图8是本发明的第四实施方式涉及的电池包440的电路图。
图9是本发明涉及的电池包40的外观立体图。
符号说明：
20单电池组
30电池模块
31电池模块控制装置(BMCU)
32熔丝
33、41电阻元件
34发光二极管
40电池包
42开关元件
230电池包控制装置(BPCU)
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，使用附图说明本发明的实施方式。首先，使用图1说明本发明涉及的发电系统的说明。发电系统101包括发电装置103、电力系统102、连接该电力系统102和发电装置103的电线105、经由逆变器(inverter)104与该电线105连接的电池系统201。发电装置103例如为风力发电、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以与电力系统102所要求的电力相比过剩的方式进行了发电时，利用过剩发电的电力进行充电，相反，在发电装置103的发电量比电力系统102所要求的电力少时进行放电，从而实现电力的稳定供给。另外，在电池系统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。
接着，图2表示电池系统201的框图。本发明的电池系统201将最小的单位作为电池模块30，包括具有多个电池模块30的电池包40、具有多个电池包40的电池块50。
从电池模块30的结构开始进行具体说明。电池模块30包括多个单电池组20、收集单电池组20的电池信息(例如，单电池的电流信息、电压信息、温度信息、充电状态等)的单体控制装置(CCU)210、以及电池模块控制装置(BMCU)31。另外，该单体控制装置210还进行后述的单电池之间的平衡控制。由单体控制装置210收集的电池信息被传送到电池模块控制装置(BMCU)31。并且，在电池模块控制装置(BMCU)31中，计算出电池模块30内的单电池组20的平均充电状态，并在刚刚提起的电池信息上进一步附加单电池组20的平均充电状态的电池信息，对上位的电池包控制装置(BPCU)230发送电池信息。
电池包40包括多个电池模块30以及电池包控制装置230。电池包控制装置230收集从各个电池模块控制装置31输出的电池信息，计算将存在于电池包40内的电池模块30的充电状态进行平均后的电池模块30的平均充电状态的信息。并且，在从电池模块控制装置31获得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，进一步向上位的电池块控制装置240输出电池信息。
电池块50包括多个电池包40以及电池块控制装置240。电池块控制装置240收集从各个电池包控制装置230输出的电池信息，计算出将存在于电池块50内的电池包40的充电状态进行平均后的电池包40的平均充电状态的信息。并且，在从电池包控制装置230获得的电池信息上附加多个电池包40的平均充电状态的信息，进一步向上位的系统控制装置250输出电池信息。另外，在说明中设为在电池块50中存在多个电池包40，但构成电池块50的电池包40也可以是一个。此时，电池块控制装置240直接向系统控制装置250输出从电池包控制装置230输出的电池信息。
在本发明中，由于这样以多个层次来监视电池的状态，所以成了安全性高的电池系统201。此外，由于本发明涉及的电池模块30、电池包40以及电池块50能够以各自为单位进行更换，所以成为了维护性良好的电池系统。
接着，使用图3说明具体的电池模块30的电路结构。电池模块30包括多个单电池组20彼此被串联连接的电源电路、与电源电路串联连接的熔丝熔断检测电路3。单电池组20成为并联连接了多个单电池(B11～B1X)的结构。进一步，与单电池组20并联连接了电阻元件21以及开关元件22。该电阻元件21以及开关元件22在单电池(B11～B1X)之间的电压上产生了偏差时，进行单电池(B11～B1X)之间的平衡调节。单体控制装置210取得各个单电池(B11～B1X)之间的电流、电压信息并输出到电池模块控制装置31，该电池模块控制装置31运算各个单电池的充电状态(SOC)。进一步，当各个单电池(B11～B1X)之间的充电状态之差在10％以上的情况下，该单体控制装置210输出将开关元件22设为接通状态的信号，进行单电池组20内的单电池(B11～B1X)的平衡调节。
熔丝熔断检测电路3由熔丝32、与该熔丝32并联连接的电阻元件33以及发光二极管34构成。在电阻元件33的低电位侧，连接发光二极管34的阴极侧。通过这样构成，在任一个电池模块30内设置的熔丝32熔断的情况下，若使用后述的检测方法，则发光二极管34发光。
接着，使用图4和图5表示电池包40以及电池系统201的具体的电路结构。图4所示的电池包40成为包括多个电池模块30被串联连接的串联电路、与该串联电路并联连接的电阻元件41以及开关元件42的结构。
图5是表示多个包括电池包40的电池块50被并联连接的电池系统201的图。首先，说明电池块50的结构。电池块50包括电池包40、以及与该电池包40串联连接的预充电电路55。另外，在本实施例中，只有一个电池包40，但也可以在电池块50内并联连接多个电池包40。另一方面，该电池块50彼此被并联连接，并经由开关体251而与逆变器104的正极侧连接，经由开关体252而与逆变器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。该预充电电路55在与其他的电池块50之间的充电状态或电压中存在偏差的情况下，将开关体251和开关体252设为断开状态，并暂时维持将开关元件51设为断开状态且将开关元件53设为接通状态的期间，从而利用横流来降低各个电池块50之间的充电状态或电压的偏差。
在此，说明在任一个电池模块30内的熔丝32熔断的情况下，判定在哪个电池模块30内的熔丝32熔断的方法。
首先，在任一个电池模块30内的熔丝32熔断的情况下，发生了异常电压的电池块控制装置240被切离。具体地说，将发生了异常电压的电池块50内的开关元件51以及开关元件53设为断开状态。由此，即使不能确定连接到外部的充放电中的逆变器104的电压、或者不清楚不工作时的负荷(根据负荷自身的电阻分量和电容分量)维持什么样的电压，也能够切断开关元件51和53来消除外部的影响。因此，首先，通过切断开关元件51和53，可根据已知的串联电池电压、以及电阻元件33和电阻元件41的电阻值之和而确定发光二极管34的驱动电流，所以无论连接什么样的外部负荷，都能够可靠地使发光二极管34发光。
之后，将在电池包40内设置的开关元件42设为接通状态。于是，在电池包40内构成借助了电池模块30的串联体、电阻元件41和开关元件42的闭合电路，在与被熔断的熔丝32并联连接的发光二极管34中流过电流，从而使其发光。因此，通过以能够视觉辨认该发光二极管34的方式在外部设置电池模块30的框体，即使是大量使用电池模块的电池系统，也能够简单地确认、更换发生了异常的电池模块30。
图9表示使用了本发明的电池包40的外观图。多个电池模块30在模块搭载台120上被并排后容纳在机架(rack)110内。并且，在该电池机架110内还容纳了电池包控制装置230。在该电池模块30中，以能够从电池模块30的框体外部进行视觉辨认的方式设置了发光二极管34。通过设为这样的结构，即使是在任一个电池模块30内熔丝32熔断的情况下，因为能够从电池包40的外部容易进行视觉辨认，所以也能够容易更换电池模块30，维护性提高。另外，该电池包40的外观在以下说明的其他实施方式中的电池包中也能够采用同样的结构。
以上，通过如上所述那样使用本实施方式的电池系统，能够容易确定熔丝熔断的电池模块30。
(第二实施方式)
图6表示本发明涉及的第二实施方式。对于与第一实施方式相同的结构，使用与第一实施方式相同的标号。具体与第一实施方式的不同点在于，熔丝熔断检测电路的结构。
第二实施方式涉及的电池模块130成为串联连接了熔丝熔断检测电路131和单电池组20的结构。熔丝熔断检测电路131包括与熔丝32并联连接的电阻元件37、以及齐纳二极管36。该齐纳二极管36的阴极侧连接到单电池组20的正极侧，该齐纳二极管36的阳极侧连接到电阻元件37。
此外，该熔丝熔断检测电路131包括与齐纳二极管36并联连接的电容器35、以及发光二极管34。发光二极管34的阴极侧经由电阻元件33而连接到齐纳二极管36的阳极侧，该发光二极管34的阳极侧连接到电池的正极侧。
在熔丝32熔断的情况下，熔丝32的两端被施加“电池电压×串联数-逆变器电压”，向发光二极管施加急剧的电压而被破坏的可能性也不为零。因此，通过设为这样的电路结构，在熔丝32熔断的情况下，首先，电荷滞留在电容器35中，能够防止在发光二极管34上突然施加大的电压。此外，通过与该电容器35并联地设置齐纳二极管36，从而在电容器35上施加了规定值的电压的情况下，齐纳二极管36进行齐纳击穿，不会向电容器35施加规定值以上的电压，因此能够保护发光二极管34。另外，作为电容器的电容，优选设定为施加发光二极管34可正常发光的电压，例如最好使用0.1μF的电容器。此外，由于齐纳二极管的降压稍微大于所使用的发光二极管34的正向电压即可，所以通过设为5V，能够防止发光二极管34的破坏，能够可靠地使其发光。
如以上所说明，由于能够防止在熔丝32熔断的情况下发光二极管34被破坏的情况，所以能够可靠地确定熔丝32熔断的电池模块30。
另外，作为具体的电池系统201的结构，成为将图5所示的电池包40变更为本实施方式的电池包140的结构。因此，对于确定熔丝34熔断的电池模块30的方法而言，能够使用与第一实施方式相同的方法来进行判断。
(第三实施方式)
图7表示本发明涉及的第三实施方式。对于与第一实施方式相同的结构，使用与第一实施方式相同的标号。另外，具体与第一实施方式的不同点在于，熔丝熔断检测电路的结构以及将构成电池块50的电池包并联设置了多个。
首先，说明电池包340内的熔丝熔断检测电路331。熔丝熔断检测电路331包括熔丝32、与熔丝32并联连接的电阻元件33以及发光二极管34。该发光二极管34的阳极侧连接到单电池组20的正极侧，在该发光二极管34的阴极侧连接了电阻元件33。进一步，熔丝熔断检测电路331包括与该发光二极管34并联连接的发光二极管35。通过设为这样的结构，即使电池模块330处于放电状态或者充电状态中的任一个状态，也都能够点亮发光二极管34或者发光二极管38，所以无论各个电池模块330的充电状态如何，都能够确定熔丝32熔断的电池模块330。
接着，说明电池包340以及电池块50。通过串联连接多个上述说明的电池模块330而构成电池包340。在电池块50中，并联连接多个该电池包340。此外，如图7所示，该电池包340分别经由开关体54a1…54an(n为电池包340的并联数)与预充电电路55连接。通过设为这样的结构，使用从现在开始说明的熔丝32的熔断部位的确定方法，由于能够利用电池包340之间的电流的横流，在熔丝32熔断时不会使大电压作用于发光二极管34，所以能够防止发光二极管34被破坏。
接着，说明在任一电池模块330内的熔丝32熔断的情况下确定哪个熔丝32熔断的方法。首先，在电池包340内，一个电池模块330的熔丝32熔断的情况下，包括熔丝32熔断的电池包340的电池块50内的开关元件51以及53通过电池块控制装置240的指令而成为断开状态。之后，直到输入至电池块控制装置240的各个电池包340的电压的偏差在规定范围内为止，开关元件54a1…54an处于接通状态。在此，当各个电池包340的电压的偏差在规定电压值内的情况下，电池块控制装置240进行将开关元件54a1…54an设为断开状态的控制。并且，通过电池包控制装置230将开关元件42设为接通状态，能够防止因向发光二极管34和38施加过电压而引起的破坏，并且能够可靠地确定熔丝32熔断的电池模块330。
(第四实施方式)
图8表示本发明涉及的第四实施方式。对于与第二实施方式相同的结构，使用与第二实施方式相同的标号。另外，具体与第二实施方式的不同点在于，电池包的结构。
与第二实施方式的不同点在于，本发明涉及的电池包440不包括与电池模块130的串联体并联连接的电阻元件41以及开关元件42。
如上所述，在熔丝32熔断的情况下，熔丝32的两端被施加“电池电压×串联数-逆变器电压”。因此，在能够控制与电池系统201连接的负荷的电压的情况下，由于能够如本实施方式那样在简化电路结构的基础上，控制向熔断的熔丝32的两端施加的电压(例如，为了不在熔丝32的两端施加过大的电压，进行使逆变器电压上升的控制)，所以在改变外部负荷的电位时有效。因此，通过使用本实施方式的电池包440，能够提供不增加零件件数且能够可靠地确定熔丝32熔断的电池模块130的电池系统201。
以上，通过如上所述那样使用本发明，可提供能够容易且可靠地确定熔丝熔断的电池模块的电池系统。

Claims (7)

1.一种电池系统，其特征在于，
具备电池包，该电池包具有：
串联电路，其串联连接了多个电池模块，该电池模块具有与单电池串联连接的熔丝、以及与该熔丝并联连接且阳极连接到所述单电池的正极侧的发光二极管；和
开关元件，其与所述串联电路并联连接。
2.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，
在所述电池包的正极侧具有开关元件。
3.如权利要求2所述的电池系统，其特征在于，
与所述发光二极管并联连接电容器。
4.如权利要求3所述的电池系统，其特征在于，
与所述电容器并联连接齐纳二极管，该齐纳二极管的阴极与所述单电池的正极侧连接。
5.如权利要求2所述的电池系统，其特征在于，
与所述发光二极管并联连接第二发光二极管，
所述第二发光二极管的阴极与所述发光二极管的阳极连接，
所述第二发光二极管的阳极与所述发光二极管的阴极连接。
6.如权利要求5所述的电池系统，其特征在于，
该电池系统包括多个电池包，
所述多个电池包彼此被并联连接而构成电池块。
7.如权利要求5所述的电池系统，其特征在于，
所述发光二极管设置在所述电池模块的框体内。
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