CN104040780A

CN104040780A - 蓄电系统控制装置

Info

Publication number: CN104040780A
Application number: CN201380000028.9A
Authority: CN
Inventors: 笠井成彦; 田中克佳; 中畑尚之
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2014-09-10
Also published as: TW201429024A; EP2942833A1; US20150303729A1; WO2014106893A1; KR20140116783A; JPWO2014106893A1

Abstract

本发明提供能够支持多种规格和用途的蓄电池和/或上级系统的蓄电系统控制装置。本发明有代表性的实施方式的蓄电系统控制装置，与蓄电池模块连接，该蓄电池模块包括多个蓄电池单元，和用于获取作为关于上述蓄电池单元的状态的信息的电池信息的状态监视部，上述蓄电系统控制装置包括控制部，上述控制部从上述状态监视部接收上述电池信息，并基于上述电池信息输出用于进行上述蓄电池单元的控制的控制信号，上述控制部，具有多种用于在与上述状态监视部之间授受数据的通信接口，在与不同的上述通信接口对应的多种上述状态监视部或者上述蓄电池单元之间，能够进行上述电池信息和上述控制信号的发送接收。

Description

蓄电系统控制装置

技术领域

本发明涉及电池控制的技术，特别涉及适用于由锂离子电池、锂离子电容器等蓄电池构成的蓄电系统的控制装置中的有效技术。

背景技术

以锂离子电池为首的蓄电池模块中，进行电池的状态监视并基于该信息进行容量的调整、平衡（balancing）等的控制电路和控制装置是不可或缺的，将它们包含在内而构成蓄电系统。在此，由于电池的控制基于状态监视的结果信息而进行，因此需要具有通信接口（IF）来用于从进行状态监视的集成电路（IC）等电路或装置将电池信息发送到控制装置，以及将供控制装置进行容量调整等控制的信号发送到状态监视装置或电池。

作为与此关联的技术，例如日本特开2000-74786号公报（专利文献1）中，记载了一种电动汽车用电池组控制装置，包括：以由多个单电池构成的电动汽车驱动用电池组为电源，进行单电池的状态的检测和诊断并将该状态暂时存储的单电池控制器；以安装在电动汽车上的辅助电池为电源，对电池组的充放电进行控制的蓄电池控制器；和用于在单电池控制器与蓄电池控制器之间彼此发送接收数据的接口，蓄电池控制器上设置有RAM，并在蓄电池控制器的电源即将关闭之前将至少包含上述诊断的结果的电池信息从单电池控制器发送到蓄电池控制器并存储在RAM中，由此能够实现自诊断结果等数据的存储安全性和单电池容量差异的降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-74786号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

近年来，蓄电池系统开始用于各种用途，例如安装在作为UPS（不间断电源）等系统电源的后备电源、电动汽车/混合动力车等上，或安装在工程机械上，因而根据其用途的不同，蓄电池模块的规格（specification）中电池的种类和单电池数也存在多种。此外，使用电池的上级系统的规格也根据用途而存在多种。

以往的控制装置以及状态监视装置，根据状态监视装置中按照蓄电池系统的用途和规格而采用的通信标准，分别设置了固有的通信接口。即，针对多种蓄电池的每种规格，分别利用具有不同通信接口的控制装置来实现支持（应对）。此外，对于上级系统，也同样地对上级系统的每种规格分别利用具有不同通信接口的控制装置来实现支持。因此，例如在应用于蓄电池和上级系统的规格不同的设备等的情况下，相应地也需要重新开发控制装置，存在开发成本增大的问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够支持多种规格和用途的蓄电池和/或上级系统的蓄电系统控制装置。

本发明的上述目的以及其它目的、新特征，可通过本说明书的记述以及附图而明确。

解决问题的技术手段

将本申请公开的发明中有代表性的技术方案的概要说明如下。

本发明有代表性的实施方式的蓄电系统控制装置，与蓄电池模块连接，该蓄电池模块包括多个蓄电池单元，和用于获取作为关于上述蓄电池单元的状态的信息的电池信息的状态监视部，上述蓄电系统控制装置包括控制部，上述控制部从上述状态监视部接收上述电池信息，并基于上述电池信息输出用于进行上述蓄电池单元的控制的控制信号，上述控制部，具有多种用于在与上述状态监视部之间授受数据的第一通信接口，在与不同的上述第一通信接口对应的多种上述状态监视部或者上述蓄电池单元之间，能够进行上述电池信息和上述控制信号的发送接收。

发明效果

将通过本申请公开的发明中有代表性的技术方案所获得的效果简单说明如下。

即，根据本发明有代表性的实施方式，通过使蓄电系统控制装置能够支持多种规格和用途的蓄电池和/或上级系统，能够使用通用的控制装置来应对蓄电池或上级系统的规格或用途的变更，能够实现开发周期的缩短和成本的降低。

附图说明

图1是概要性表示本发明之一实施方式的蓄电系统控制装置的结构例的图。

图2（a）、（b）是概要性表示本发明之一实施方式中蓄电系统控制装置的具体结构例的图。

图3（a）～（c）是概要性表示本发明之一实施方式中在控制部的接口与状态监视部之间授受信息的具体结构例的图。

图4（a）、（b）是概要性表示现有技术中蓄电系统控制装置的结构例的图。

具体实施方式

下面基于附图详细说明本发明的实施方式。此外，在用于说明实施方式的所有图中，对于同一部分原则上标注相同附图标记，省略其重复说明。此外，以下为了使本发明的特征易于理解，与现有技术比较着进行说明。

图4是概要性表示现有技术中蓄电系统控制装置的结构例的图。图4（a）、（b）中，对不同规格的蓄电池模块（图4（a）中为蓄电池模块1（401），图4（b）中为蓄电池模块3（403））内的多个单电池，分别设置由进行状态监视的电路/装置构成的状态监视部（图4（a）中为状态监视部1（201）、图4（b）中为状态监视部3（203））。

由这些状态监视部获取到的关于蓄电池单元的状态的信息即电池信息，被发送到蓄电系统控制装置100，此时的通信接口各自不同（图4（a）中为SPI（串行外围设备接口），图4（b）中为RS485）。此外，蓄电系统控制装置100所连接的上级系统的规格也不相同（图4（a）中为上级系统A301，图4（b）中为上级系统B302），其与蓄电系统控制装置100之间的通信接口也各自不同（图4（a）中为CAN（控制器局域网络），图4（b）中为Ethernet（以太网，注册商标））。

因此，在蓄电系统控制装置100中，以与这些通信接口对应的方式分别独立地构成控制部（图4（a）中为控制部110’，图4（b）中为110”）。并且，在图4（b）的控制部110”的例子中，还具有用于输出直接对蓄电池模块3（403）进行中继控制等指示的电池控制信号的接口。像这样，以往，根据蓄电池和上级系统的规格等分别开发了由控制电路等构成的专用控制部。此时，具有能够以与蓄电池和上级系统的规格相匹配的方式、用少量的部件开发控制部的优点，但另一方面，存在当蓄电池和上级系统的种类增加时，与开发、制造和管理相关的负担急速增大的缺点。

因此，作为本发明之一实施方式的蓄电系统控制装置，对于多种规格和用途的蓄电池和/或上级系统，通过预先具备与它们之间进行信息授受所可能需要的多种通信接口，使得能够以通用的控制装置来应对蓄电池和上级系统的规格和用途的变更等。

图1是概要性表示本发明之一实施方式的蓄电系统控制装置的结构例的图。蓄电系统控制装置100例如由电路基板构成，是作为具有未图示的多个蓄电池模块的蓄电系统的一部分而设置的装置，例如包括由微机和集成电路等构成的控制部110。该蓄电系统控制装置100例如具有可与由集成电路和微机等构成的多个规格的状态监视部（图中状态监视部1（201）～状态监视部3（203））以及一种以上规格的上级系统（图中上级系统A301、上级系统B302）分别连接的结构。

各状态监视部1（201）～3（203）分别安装于未图示的一个以上的蓄电池模块上，具有对蓄电池模块内的多个单电池进行电压、温度、电流、电阻值等电池信息的测量和计算的传感器和运算功能。获取到的电池信息利用规定的通信接口向蓄电系统控制装置100发送。通信接口存在因蓄电池模块的容量和规模等不同而不同的情况。此外，基于来自蓄电系统控制装置100的控制信号，使蓄电池模块内的单电池中高容量的单电池放电来进行容量调整（balancing）等控制处理。

各上级系统A301、B302分别为利用蓄电池系统的设备、装置或系统（例如电动汽车、混合动力车等车辆，以及工程机械等）中的控制装置等，利用规定的通信接口，在与蓄电系统控制装置100之间进行信息的授受。通信接口存在因上级系统的功能或用途等不同而不同的情况。

蓄电系统控制装置100的控制部110基于从状态监视部1（201）～3（203）等状态监视部发送来的电池信息，进行各蓄电池模块的状态监视，根据需要通过状态监视部向蓄电池模块发送用于使特定的单电池放电以进行容量调整等控制的控制信号。此外，根据需要对与上级系统A301、B302等上级系统间的通信进行控制，进行电池信息和控制信息的发送接收。

为了与不同规格和用途的状态监视部1（201）～3（203）以及上级系统A301、B302等之间进行通信，控制部110具有多个不同种类的通信接口（图中接口（IF）1～6）。例如在与状态监视部之间的通信中具有SPI、I²C（内置集成电路）、RS422或RS485，在与上级系统之间具有CAN或Ethernet（注册商标）等种类的通信接口。

此处的通信接口——尤其是与状态监视部之间的接口——基本上是串行通信的接口，但为了应对在大容量蓄电池系统中使用时的噪声问题，还具有使用差分信号的接口（RS422/485等）。此外，包括与上级系统之间的通信接口在内，在接口使用了差分信号的情况下，配备合适的收发器（transceiver）（图中收发器3（123）～收发器5（125））。

在图1的例子中控制部110具有6种通信接口，但基本上对所具备的通信接口的数目及其种类并无特别限制。例如，对于特定种类的通信接口可以具有两个以上的相同的该接口，除图示的通信接口的种类以外也可以具有并行通信接口等其它接口。不过，在本实施方式中，考虑到实际上的用途，在与状态监视部之间具有至少一个以上的串行通信的接口，并且还具有一个以上的使用差分信号的接口。

此外，图1的例子采用了在多个通信接口上同时地连接多种状态监视部和上级系统的结构，但在实际应用时，如图2所示，成为根据状态监视部和上级系统的规格和用途而仅使用必要的接口的形式。

图2是概要性表示蓄电系统控制装置100的具体结构例的图。在图2（a）、（b）中表示了与上述图4（a）、（b）中的蓄电池模块（蓄电池模块1（401）和蓄电池模块3（403））以及上级系统（上级系统A301和上级系统B302）分别对应地，适用了本实施方式的控制部110的情况下的蓄电系统控制装置100的结构例。

图2（a）的例子中，在控制部110中，实际仅使用了与状态监视部1（201）所利用的通信接口SPI对应的接口1（111）、与上级系统A301所利用的通信接口CAN对应的接口4（114）和收发器4（124），其它接口和收发器并未使用。

同样地，在图2（b）的例子中，与图2（a）的例子中的控制部110相同地，在控制部110中，实际使用了与状态监视部3（203）所利用的通信接口RS485对应的接口3（113）和收发器3（123）、与上级系统B302所利用的通信接口Ethernet（注册商标）对应的接口5（115）和收发器5（125）。此外，还使用了用于输出直接对蓄电池模块3（403）进行中继控制等指示的电池控制信号的接口6（126）。这样，通过具有相同控制部110的蓄电系统控制装置100，能够应对不同规格和用途的蓄电池模块、状态监视装置和上级系统。

此外，对于未使用的通信接口和收发器的部分，例如停止包含待机等在内的动作，不进行电力供给，能够实现节电化。此时，实际上使用的通信接口的识别，例如可在状态监视部或上级系统被实际连接到蓄电系统控制装置100上并运行时，检测它们输出的电信号，自动执行识别；也可以使用DIP开关（Dial in-line Package Switch，双列直插式封装开关）和寄存器等设定单元从外部预先设定。

在图2（a）、（b）的例子中，连接到蓄电系统控制装置100上的蓄电池模块和状态监视部为1种，即，在与状态监视部之间的通信中使用的接口为1种（图中为SPI或者RS485）。另一方面，例如，在同时控制锂离子电池和铅蓄电池等不同种类的蓄电池模块的混合结构的情况下，为了与不同规格的状态监视部之间并行地进行通信，也能够同时使用多个不同种类的接口。

图3是概要性表示在控制部110的接口与状态监视部之间授受信息的结构例的图。在图3（a）的例子中，表示了上述图2（a）的例子中所示的控制部110的接口，此处，与状态监视部之间进行通信的多个接口（图中例如IF1（111）和IF2（112）等）分别为串行通信接口，从状态监视部发送来的电池信息（例如电压或温度等）和对状态监视部发送的控制信号（例如对蓄电池模块或单电池的警告信号或停止指示信号等）全部被包含在串行通信中。

图3（b）的例子中，表示了上述图2（b）的例子中所示的控制部110的接口，此处，除了仅包含从状态监视部发送来的电池信息的多个串行通信的接口（图中例如IF1（111）～IF3（113））之外，还有一个用于发送直接对蓄电池模块或单电池进行控制的电池控制信号的接口（图中IF6（116））。这里的电池控制信号例如为中继控制等的“0”、“1”信号（对外传输信号）。

图3（c）的例子与图3（b）的例子相同，但对其融合了图3（a）的结构，除了包含全部从状态监视部发送来的电池信息和对状态监视部发送的控制信号的串行通信的接口（图中例如IF1（111）～IF3（113））之外，还有一个用于发送直接对蓄电池模块或单电池进行中继控制等的电池控制信号的接口（图中IF6（116））。由此，使得蓄电池的控制系统重复化（有冗余），能够实现可靠性的提高。

如上面所说明的，根据本发明之一实施方式的蓄电系统控制装置，对多种规格和用途的蓄电池模块（以及获取其状态信息的状态监视部）和/或上级系统，预先具备与它们之间进行信息授受所可能需要的多种通信接口。由此，对于蓄电池模块、状态监视部或上级系统等的规格和用途的变更等，使得能够以通用的控制部110和蓄电系统控制装置100来进行应对，能够实现开发周期的缩短和成本的降低。

以上基于实施方式对发明人所提出的发明进行了具体地说明，但本发明并不被限定在上述实施方式中，在不脱离其主旨的范围内可进行各种变更是无需多言的。例如，上述实施例是为了使本发明更易于理解而进行的详细说明，并不限定于必须具备所说明的全部的结构。另外，对于上述实施方式的结构的一部分，能够进行其它结构的追加、删除、替换。

工业利用性

本发明可用于由锂离子电池或锂离子电容器等蓄电池构成的蓄电系统的控制装置。

附图标记说明：

100……蓄电系统控制装置，110……控制部，111～116……接口（IF）1～6，123～125……收发器3～5，201～203……状态监视部1～3，301……上级系统A，302……上级系统B，401、403……蓄电池模块1、3。

Claims

1.一种蓄电系统控制装置，其特征在于：

与蓄电池模块连接，所述蓄电池模块包括多个蓄电池单元，和用于获取作为关于所述蓄电池单元的状态的信息的电池信息的状态监视部，

所述蓄电系统控制装置包括控制部，所述控制部从所述状态监视部接收所述电池信息，并基于所述电池信息输出用于进行所述蓄电池单元的控制的控制信号，

所述控制部，

具有多种用于在与所述状态监视部之间授受数据的第一通信接口，

在与不同的所述第一通信接口对应的多种所述状态监视部或者所述蓄电池单元之间，能够进行所述电池信息和所述控制信号的发送接收。

2.如权利要求1所述的蓄电系统控制装置，其特征在于：

所述控制部中，

作为所述第一通信接口，具有至少一种以上的进行串行通信的通信接口，和至少一种以上的基于差分信号进行通信的通信接口。

3.如权利要求2所述的蓄电系统控制装置，其特征在于：

所述控制部中，

作为所述第一通信接口，具有用于进行包含从所述状态监视部输出的所述电池信息和从所述控制部输出的所述控制信号的串行通信的多个通信接口。

4.如权利要求2所述的蓄电系统控制装置，其特征在于：

所述控制部中，

作为所述第一通信接口，具有用于进行包含从所述状态监视部输出的所述电池信息的串行通信的多个通信接口，和用于进行包含直接对所述蓄电池单元进行控制的电池控制信号的通信的通信接口。

5.如权利要求2所述的蓄电系统控制装置，其特征在于：

所述控制部中，

作为所述第一通信接口，具有用于进行包含从所述状态监视部输出的所述电池信息和从所述控制部输出的所述控制信号的串行通信的多个通信接口，和用于进行包含直接对所述蓄电池单元进行控制的电池控制信号的通信的通信接口。

6.如权利要求1所述的蓄电系统控制装置，其特征在于：

还与利用所述蓄电池模块的上级系统连接，

所述控制部，

具有一种以上的用于在与所述上级系统之间授受数据的第二通信接口，在与对应于不同的所述第二通信接口的一种以上的所述上级系统之间，能够进行数据的授受。

7.如权利要求1所述的蓄电系统控制装置，其特征在于：

所述控制部，

在与多个不同种类的所述状态监视部或者所述蓄电池单元之间，能够并行地进行所述电池信息和所述控制信号的发送接收。