CN108886249A - 蓄电池装置、蓄电池装置的控制方法及程序 - Google Patents

Abstract

多个断路器的切换中，流经装置的电流超过了上限值。蓄电池装置具备：电池部、第1断路器、第2断路器和控制部。电池部具有1个或多个蓄电池。第1断路器对所述电池部的第1极侧与外部装置的连接与断开进行切换。对第2断路器对所述电池部的第2极侧与外部装置之间的连接与断开进行切换。控制部对所述第1断路器及所述第2断路器供给电力，控制连接和断开。所述控制部错开如下时间差以上地向所述第1断路器及所述第2断路器供给电力，所述时间差为流经所述第1断路器及所述第2断路器的电流之和变成作为电流的上限值而被设定的电流上限值的时间差。

Description

蓄电池装置、蓄电池装置的控制方法及程序

技术领域

实施方式涉及蓄电池装置、蓄电池装置的控制方法及程序。

背景技术

已知的蓄电池装置具备1或多个电池模块、使电池模块与外部的机器连接或断开的多个断路器以及控制断路器的管理装置。

在这样的装置中，管理装置通过切换断路器的连接状态与断开状态，调整放电的电力。

现有技术文献

专利文献

日本特开2014-239630号公报。

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，存在的课题是：在上述装置中，多个断路器的状态的切换需要大电力，在多个断路器的切换中，流过装置的电流会超过上限值。

本实施方式是鉴于上述内容而提出的，目的在于提供：不超过装置的电流的上限值的蓄电池装置、蓄电池装置的控制方法及程序。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述课题，达成目的，实施方式的蓄电池装置具备：电池部、第1断路器、第2断路器和控制部。电池部具有1个或多个蓄电池。第1断路器切换所述电池部的第1极一侧与外部装置的连接与断开。第2断路器切换所述电池部的第2极侧与外部装置的连接和断开。控制部向所述第1断路器及所述第2断路器供给电力，控制连接和断开。所述控制部错开如下时间差以上地向所述第1断路器及所述第2断路器供给电力，所述时间差为流入所述第1断路器及所述第2断路器的电流之和达到被设定为电流的上限值的电流上限值的时间差。

附图说明

图1是实施方式的蓄电池系统的整体结构图。

图2是向基于电池管理装置的接通状态(或开路状态)的切换处理的流程图。

图3是说明用于与实施方式比较的对比方式中的流入断路器的总电流的大小的图表。

图4是说明实施方式的蓄电池装置中的流入断路器的总电流的大小的图表。

具体实施方式

以下例示的实施方式或变形例中，包含有同样的构成要素。因此，在以下，对同样的构成要素附上共通的符号并部分省略重复的说明。包含于实施方式或变形例中的部分，能够与其他的实施方式或变形例的对应的部分置换而构成。此外，包含于实施方式或变形例的部分的构成或位置等，只要没有特别言及，则与其他的实施方式或变形例一样。

<实施方式>

图1是实施方式的蓄电池系统10的全体结构图。蓄电池系统10通过变圧器等，连接外部的商用电源等电力系统，对电力系统放出电力，并且对从电力系统供给来的电力进行充电。如图1所示，蓄电池系统10具备：电力变换部(PCS：Power Conditioning System电力调节系统)12、电池端子盘14、具有组电池单元16的1个或多个(例如、16个)蓄电池装置18。

电力变换部12将从蓄电池装置18供给的直流电力变换为频率和电压与电力系统相符的交流电力，向电力系统放电。电力变换部12将从电力系统被供给的交流电力变换为能够给蓄电池装置18充电的电压的直流电力，供给至蓄电池装置18。从电力系统被供给的交流电力的一例是电压为6.6kV、频率为50Hz。电力变换部12连接构成以太网(注册商标)等的控制通信线L1。电力变换部12具有不间断电源装置(UPS：Uninterruptible PowerSystem)20。不间断电源装置20连接控制电源线L2。即便在来自外部的电力系统的电力供给已停止的状态下，不间断电源装置20也会在一定的期间向蓄电池装置18供给电力。

电池端子盘14具有1个或多个开关电路22、总控装置24。

开关电路22的个数与蓄电池装置18的个数相同。各开关电路22对应某一个蓄电池装置18而设置。各开关电路22具有正极侧开关部件SWp及负极侧开关部件SWn。各开关部件SWp、SWn，例如以手动来进行开闭操作。正极侧开关部件SWp使包含于1个蓄电池装置18的全部组电池单元16的正极侧端子Tp与电力变换部12连接或断开。负极侧开关部件SWn使包含于1个蓄电池装置18的全部组电池单元16的负极侧端子Tn与电力变换部12连接或断开。关于组电池单元16的正极侧端子Tp及负极侧端子Tn，在后面叙述。一方开关部件SWp与另一方的开关部件SWn之间的电压，例如设定为490V到778V左右。

总控装置24是计算机，具有例如：用以与外部进行通信的收发器、微处理器、存储装置。总控装置24对组电池单元16的状态进行监视、控制。总控装置24与连接电力变换部12的控制通信线L1及连接不间断电源装置20的控制电源线L2连接。总控装置24通过控制通信线L1，利用以太网(注册商标)等，与电力变换部12之间进行控制信息的发送接收。在停电等时，总控装置24通过控制电源线L2将从不间断电源装置20被供给的电力向蓄电池装置18供给。

蓄电池装置18具有直流电源装置26、网关装置28、1个或多个组电池单元16。

直流电源装置26通过控制电源线L2连接总控装置24及不间断电源装置20。在停电等时，直流电源装置26通过控制电源线L2被供给从不间断电源装置20供给至总控装置24的例如100V的交流电力。直流电源装置26将例如12V的直流电力供给至组电池单元16。

网关装置28通过控制通信线L1，与总控装置24连接为可以双方向通信。网关装置28通过例如以太网(注册商标)等，与总控装置24进行通信。网关装置28例如与总控装置24之间进行控制信息的发送接收。网关装置28与组电池单元16连接为可以双方向通信。网关装置28基于从组电池单元16接收的电压、电流及温度等信息和控制信息等，掌控组电池单元16的整体控制。

组电池单元16具有：电池系统30、服务切断器32、电流传感器34、负极侧断路器36、正极侧断路器38、预充电断路器40、预充电电阻42、作为控制部一例的电池管理装置(BMU：Battery Management Unit)44。

电池系统30包含：1个或多个(例如、24个)的电池模块46、1个或多个电池单体监视部(CMU：Cell Monitoring Unit)48。电池系统30是电池部的一例。

电池模块46是蓄电池的一例。电池模块46也叫电池单体模块。多个电池模块46串联连接。各电池模块46具有例如24个锂离子电池(20Ah-2.4V)等可充放电的二次电池。24个之中2个锂离子电池并联连接，2个锂离子电池并联连接所构成的12个组串联连接。图1中，电池系统30的左侧是负极侧，电池系统30的右侧是正极侧。

电池单体监视部48的个数与电池模块46的个数相同。各电池单体监视部48被设置为对应电池模块46的某一个。电池单体监视部48包含：与电池管理装置44通信的收发部；执行程序的微处理器；存储程序及电池模块46的电压信息及温度信息等信息的存储部。电池单体监视部48检测出电池模块46的电压及温度，发送给电池管理装置44。

服务切断器32串联连接于电池系统30的负极侧。服务切断器32具有开关及保险丝。例如在任意的电池模块46由于维护等原因的拆装时，用户利用服务切断器32手动地将电池系统30与外部断开。在电池端子盘14及电力变换部12的某一个包含保险丝的情况下，服务切断器32也可以不内装保险丝。服务切断器32实施了用于将插拔状态及保险丝的状态通知给后面叙述的电池管理装置44的配线。

电流传感器34串联连接电池系统30的正极侧。电流传感器34将检测出的电流值发送给电池管理装置44。

负极侧断路器36、正极侧断路器38及预充电断路器40例如是具有线圈等的、通过被供给电力而切换连接状态和断开状态的接触器。在负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40中流的电流在状态的切换中会随着时间流逝而变化。负极侧断路器36、正极侧断路器38及预充电断路器40优选地是具有节能器电路的接触器，所述节能器电路包含辅助用的线圈并通过响应于通电后的、定常状态中的接触器的磁性的降低而间断地通电流，来减少电力消耗。此外，负极侧断路器36、正极侧断路器38及预充电断路器40也可以是继电器、电流断路器(例如、无保险丝的电流断路器)。

负极侧断路器36是第1断路器的一例。负极侧断路器36连接于服务切断器32与组电池单元16的负极侧端子Tn之间。负极侧断路器36通过服务切断器32，与电池系统30的负极侧相连接。负极是第1极的一例。负极侧断路器36通过负极侧端子Tn连接作为外部装置的一例的负极侧开关部件SWn。负极侧断路器36切换电池系统30的负极侧与负极侧开关部件SWn之间的连接(或接通)与断开(或开路)。

正极侧断路器38是第2断路器的一例。正极侧断路器38连接于电流传感器34与组电池单元16的正极侧端子Tp之间。正极侧断路器38通过电流传感器34连接电池系统30的正极侧。正极是第2极的一例。正极侧断路器38通过正极侧端子Tp，连接作为外部装置的一例的正极侧开关部件SWp。正极侧断路器38对电池系统30的正极侧与正极侧开关部件SWp之间的连接(或接通)与断开(或开路)进行切换。

预充电断路器40是第3断路器的一例。预充电断路器40的一端通过电流传感器34，连接电池系统30的正极侧。预充电断路器40的另一端，通过预充电电阻42，与组电池单元16的正极侧端子Tp连接。预充电断路器40在组电池单元16的正极侧与正极侧断路器38并联连接。预充电断路器40通过预充电电阻42及正极侧端子Tp连接正极侧开关部件SWp。预充电断路器40对电池系统30的正极侧与正极侧开关部件SWp之间的连接(或接通)与断开(或开路)进行切换。

预充电电阻42是备用电阻的一例。预充电电阻42连接于预充电断路器40与组电池单元16的正极侧端子Tp之间。即、预充电电阻42与预充电断路器40串联连接。预充电电阻42为了对电力变换部12的逆变器的电容等进行充电，减少启动时所流电流而减少启动时的过大电流。

电池管理装置44通过电源线L3与直流电源装置26连接为可接收直流电力。电池管理装置44通过电源线L3连接电池系统30的各电池单体监视部48、电流传感器34、负极侧断路器36、正极侧断路器38及预充电断路器40，使得可以供给从直流电源装置26所接收的直流电力。例如，电池管理装置44对负极侧断路器36、正极侧断路器38及预充电断路器40供给电力，控制断路器36、38、40的连接与断开之间的切换。

电池管理装置44通过经由通信线L4的以太网(注册商标)等，与网关装置28连接为可收发信息。电池管理装置44通过遵循CAN(Controller Area Network)标准的CAN通信，经由通信线L4而与电池系统30的各电池单体监视部48、服务切断器32、电流传感器34连接为可收发信息。

电池管理装置44例如是包含执行程序的微处理器等的运算部50、存储程序及控制信息等的存储部52的计算机。运算部50通过通信接口等，与网关装置28等上位装置通信。存储部52包含例如RAM(Random Access Memory随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory只读存储器)、及、HDD(Hard Disk Drive硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive固态硬盘)等。运算部50通过读入存储于存储部52的程序及参数等信息，作为取得部54及处理部56而发挥作用。此外，取得部54及处理部56的一部分或全部、也可以构成为电路等硬件。

取得部54从网关装置28中取得控制信息。取得部54从电池单体监视部48中取得电池模块46的电压信息及温度信息。取得部54对电流传感器34供给直流电力，并且取得电流传感器34所测量的电流信息。取得部54从服务切断器32中，取得服务切断器32的插拔状态及保险丝的状态等信息。取得部54从存储部52中取得与电流上限值Lt1相关的信息，所述电流上限值Lt1是作为负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40中所流电流之和的上限值而被设定的。此外，取得部54也可以将直流电源装置26的电流的上限值从直流电源装置26中取得而作为电流上限值Lt1的相关信息来设定电流上限值Lt1。由此，电流上限值Lt1的相关信息也可以不是电流上限值Lt1本身，而是直流电源装置26的电流的上限值。

处理部56基于取得部54所取得的信息，控制组电池单元16。

具体地，处理部56基于取得部54从网关装置28所接收的控制信息等，供给或停止供给直流电力，控制负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40的接通状态和开路状态。处理部56基于从电池单体监视部48及电流传感器34接收的电压信息、温度信息及电流信息，若判定电池系统30等为異常，则将负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40切换至开路状态。

此处，处理部56错开对负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40的电力供给的开始时机地进行切换。具体地，处理部56错开如下时间差以上地对负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40各自的连接和断开进行切换，所述时间差为负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40中所流电流之和的总电流It变成作为电流的上限值而设定的电流上限值Lt1的时间差。电流上限值Lt1是例如直流电源装置26能够供给的电流的上限值的90％。优选地，处理部56错开小于如下时间差地对负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40各自的连接和断开进行切换，所述时间差为负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40中所流电流之和的总电流It变成作为电流的下限值而设定的电流下限值Lt2的时间差。电流下限值Lt2例如是电流上限值Lt1的90％。

图2是由电池管理装置44执行的向接通状态(或开路状态)切换的切换处理的流程图。切换处理是电池管理装置44的控制方法的一例。例如、运算部50通过读入切换处理的程序，开始此流程图。

如图2所示，切换处理中，取得部54判断是否从网关装置28接收对切换进行指示的控制信息(S100)。取得部54在从网关装置28接收到切换指示之前处于待机状态(S100：否)。

取得部54接收到切换指示(例如向接通状态的切换指示)后(S100：是)，取得电流上限值Lt1(S102)。取得部54预先从储存电流上限值Lt1的存储部52中取得。此外，也可以通过取得部54从直流电源装置26中取得的直流电源装置26的电流的上限值来设定电流上限值Lt1。

处理部56通过取得部54所取得的电流上限值Lt1来设定电流下限值Lt2(S104)。例如，处理部56将电流上限值Lt1的90％的值设定为电流下限值Lt2。

处理部56设定时间差TL(S106)。具体地，处理部56基于存储于存储部52的负极侧断路器36的电流特性In(t)、正极侧断路器38的电流特性Ip(t)及预充电断路器40的电流特性Ipr(t)，以及电流上限值Lt1及电流下限值Lt2，设定时间差TL。例如，处理部56如式(1)所示，将负极侧断路器36的电流特性In(t)、与负极侧断路器36的电流特性In(t)错开了微小时间Δt的预充电断路器40的电流特性Ipr(t)、从预充电断路器40的电流特性Ipr(t)错开了微小时间Δt的正极侧断路器38的电流特性Ip(t)之和作为总电流It(t)而算出。

It＝In(t)+Ipr(t+Δt)+Ip(t+2Δt)…(1)

如下式(2)所示，处理部56判断总电流It的最大值It_max是否在电流上限值Lt1以下。

Lt1≧It_max…(2)

如果总电流It的最大值It_max比电流上限值Lt1大，则处理部56再度错开微小时间Δt而算出总电流It，判定总电流It的最大值It_max是否比电流上限值Lt1大。像这样，直到总电流It的最大值It_max变成电流上限值Lt1以下为止，处理部56错开微小时间Δt而反复进行总电流It的算出。因此，n次错开微小时间Δt的情况下的总电流It变为下式(3)。

It＝In(t)+Ipr(t+nΔt)+Ip(t+2nΔt)…(3)

最初，若总电流It的最大值It_max变成了电流上限值Lt1以下时的总电流It的最大值It_max小于电流下限值Lt2，则处理部56将算出该总电流It的微小时间Δt的总和即nΔt设定为时间差TL。由此，处理部56设定时间差TL，所述时间差TL在总电流It变为电流上限值Lt1的时间以上，且小于总电流It变为电流下限值Lt2的时间。此外，若总电流It小于电流下限值Lt2，则处理部56缩短微小时间Δt，再度从最初开始反复进行上述的总电流It的算出。

时间差TL被预先设定并存储于存储部52的情况下，取得部54及处理部56也可以不执行步骤S102、S104、S106。

处理部56将负极侧断路器36切换至例如接通状态(S108)。据此，电池系统30的负极侧通过负极侧断路器36，连接负极侧开关部件SWn。

处理部56从切换负极侧断路器36起到达到时间差TL为止，处于待机状态(S110：否)。从切换负极侧断路器36开始，经过时间差TL后(S110：是)，处理部56将预充电断路器40切换至例如接通状态(S112)。由此，电池系统30的正极侧通过预充电断路器40，与正极侧开关部件SWp连接。其结果，电池系统30通过预充电电阻42，向电力变换部12所具有的逆变器的电容等供给小电流，对此电容进行充电。

处理部56从切换预充电断路器40起到达到时间差TL为止，处于待机状态(S114：否)。从切换预充电断路器40开始经过时间差TL后(S114：是)，处理部56将正极侧断路器38切换至接通状态(S116)。由此，电池系统30的正极侧通过正极侧断路器38，连接正极侧开关部件SWp。其结果，电池系统30向电力变换部12供给电力，或从电力变换部12接收电力。处理部56结束切换处理。

下一步，关于上述实施方式的效果进行说明。

图3是说明用于与实施方式相比较的对比方式中的断路器36、38、40中流过的总电流大小的图表。图4是说明实施方式的蓄电池装置18中的断路器36、38、40中流过的总电流的大小的图表。图3及图4中，“In”表示流过负极侧断路器36的电流特性，“Ipr”表示流过预充电断路器40的电流特性，“Ip”表示流过正极侧断路器38的电流特性。此外，对比方式除了在流过断路器36、38、40的电流开始的时间差TL方面以外，与实施方式是同样的构成。

如图3所示，在流过断路器36、38、40的电流的时间差TL较小的对比方式的情况中(例如、时间差TL是120ms)，流过断路器36、38、40的电流之和即总电流It的最大值为电流上限值Lt1以上。由此，电流的供给量不足，在电池管理装置44等中有可能发生故障。

如图4所示，实施方式的蓄电池装置18中，由于电流流过断路器36、38、40的时间差TL较大(例如、时间差TL为240ms)，总电流It的最大值小于电流上限值Lt1。由此，由于实施方式的蓄电池装置18能够抑制电流的供给不足，所以能够在电池管理装置44等中减少故障。特别是，实施方式的蓄电池装置18中，即使是像具有节能器电路那样的需要大电流的断路器36、38、40，也能够抑制电流的供给不足。进一步地，实施方式的蓄电池装置18以使总电流It的最大值在电流下限值Lt2以上的方式，设定了时间差TL，因此能够抑制全部的断路器36、38、40在切换时所需时间的漫长化。

上述实施方式的构成的配置、连接关系、个数、形状等也可以适当变更。上述处理的步骤的顺序也可以适当变更，可以省略一部分的步骤。

上述实施方式中，虽然举出了具备负极侧断路器36、正极侧断路器38及预充电断路器40的例子，但也可以在具备负极侧断路器36、正极侧断路器38、及预充电断路器40的任意2个或4个以上的断路器的蓄电池装置中适用实施方式。

例如，蓄电池装置也可以无预充电断路器40而有2个断路器(例如负极侧断路器36及正极侧断路器38)。此情况下，电池管理装置44的处理部56错开如下时间差以上地向负极侧断路器36及正极侧断路器38供给电力，所述时间差为负极侧断路器36的电流特性In(t)与正极侧断路器38的电流特性Ip(t)之和即总电流It变为电流上限值Lt1的时间差。优选地，处理部56错开小于如下时间差地对负极侧断路器36及正极侧断路器38供给电力，所述时间差为负极侧断路器36的电流特性In(t)与正极侧断路器38的电流特性Ip(t)之和即总电流It变成作为电流的下限值而被设定的电流下限值Lt2的时间差。

此外，蓄电池装置具有4个以上的断路器的情况下，也可以在负极侧断路器36、正极侧断路器38及预充电断路器40的接地端子与接地电位之间设有第4个断路器。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提出的，没有限定发明的范围的意图。这些新的实施方式，能够以其他的各种方式来实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或要旨，并且包含于记载在权利要求范围的发明和与其等同的范围。

Claims (6)

1.一种蓄电池装置，具备：

电池部，具有1个或多个蓄电池；

第1断路器，对所述电池部的第1极侧与外部装置之间的连接和断开进行切换；

第2断路器，对所述电池部的第2极侧与外部装置之间的连接和断开进行切换；以及

控制部，对所述第1断路器及所述第2断路器供给电力并控制连接与断开，

所述控制部错开如下时间差以上地向所述第1断路器及所述第2断路器供给电力，所述时间差为所述第1断路器及所述第2断路器中流过的电流之和变成作为电流的上限值而被设定的电流上限值的时间差。

2.如权利要求1所述的蓄电池装置，

所述控制部错开小于如下时间差地向所述第1断路器及所述第2断路器供给电力，所述时间差为流过所述第1断路器及所述第2断路器的电流之和变成作为电流的下限值而被设定的电流下限值的时间差。

3.权利要求1或2所述的蓄电池装置，进一步具备：

第3断路器，在所述电池部的所述第2极侧与所述第2断路器并联连接，并且对与所述电池部的所述第2极与外部装置之间的连接和断开进行切换；以及

备用电阻，与所述第3断路器串联连接；

所述控制部错开如下时间差以上地对所述第1断路器、所述第2断路器及所述第3断路器供给电力，所述时间差为流过所述第1断路器、所述第2断路器及所述第3断路器的电流之和变成所述电流上限值的时间差。

4.如权利要求3所述的蓄电池装置，

所述控制部错开小于如下时间差地向所述第1断路器、所述第2断路器及所述第3断路器供给电力，所述时间差为流经所述第1断路器、所述第2断路器及所述第3断路器的电流之和变为作为电流的下限值而被设定的电流下限值的时间差。

5.一种蓄电池的控制方法，具备：

对切换第1断路器的连接和断开的电力进行供给的阶段，所述第1断路器连接具有1个或多个蓄电池的电池部的第1极侧和外部装置；以及

错开如下时间差以上地供给切换所述第2断路器的连接和断开的电力的阶段，所述时间差为流经所述电池部的第2极侧与外部装置之间连接的第2断路器的电流和流经所述第1断路器的电流之和变成作为电流的上限值而被设定的电流上限值的时间差。

6.一种使计算机作为取得部和处理部工作的程序，

所述取得部取得与作为电流的上限值而设定的电流上限值相关的信息，

所述处理部控制第1断路器和第2断路器，所述第1断路器对具有1个或多个蓄电池的电池部的第1极侧与外部装置之间的连接与断开进行切换，所述第2断路器对所述电池部的第2极侧与外部装置之间的连接和断开进行切换，

所述处理部在对所述第1断路器供给电力而切换连接与断开后，错开如下时间差以上地向所述第2断路器供给电力并切换连接和断开，所述时间差为流过所述第1断路器及所述第2断路器的电流之和变成作为电流的上限值而被设定的电流上限值的时间差。