CN203205954U - 通信系统以及蓄电池系统 - Google Patents

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CN203205954U CN2011900007547U CN201190000754U CN203205954U CN 203205954 U CN203205954 U CN 203205954U CN 2011900007547 U CN2011900007547 U CN 2011900007547U CN 201190000754 U CN201190000754 U CN 201190000754U CN 203205954 U CN203205954 U CN 203205954U
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Abstract

本实用新型提供一种通信系统以及蓄电池系统。该通信系统具备：组电池，其串联连接多个电池包而成，所述多个电池包各自具有至少一个蓄电池单体；电池管理部，其对所述电池包进行管理；和光线路，其被用于所述电池管理部与各所述电池包之间的通信、且以菊链的方式进行连接。

Description

通信系统以及蓄电池系统
技术领域
本实用新型涉及通信系统以及蓄电池系统。
背景技术
以往，存在一种包括多个具有蓄电池单体(cell)的电池包的通信系统。这种通信系统例如已被专利文献1公开。
在专利文献1的通信系统中，由多个蓄电池单体组成的模块电池和具有单体控制器(cell controller)的电池包被串联连接。而且，单体控制器经由绝缘通信路而将所检测到的电池状态信息发送至电池控制器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-235032号公报(第3幅图等)
实用新型内容
实用新型所要解决的课题
在上述专利文献1中，在绝缘通信路中使用了光电耦合器。关于由光电耦合器所引起的绝缘而言，为了按国内外的各种各样的安全标准保护用户的安全不受危险性的高电压的影响，而对绝缘距离、沿面放电的最短距离、以及空间距离的最小值进行了规定。绝缘距离是指被树脂绝缘的发光侧与受光侧之间的最短距离(图9的L0)。沿面放电的最短距离是指沿着封装体表面的发光侧端子与受光侧端子之间的最短距离(图9的L1)。空间距离是指在树脂外部的空间中发光侧端子与受光侧端子之间为最短的距离(图9的L2)。
在由电池包的串联连接所构成的200V～600V的高压的蓄电池系统中，可以在绝缘通信路中使用光电耦合器。然而，如果要增加电池包的串联连接数来构建600V以上的更高压的蓄电池系统，则为了遵照全球的安全标准而导致由光电耦合器所引起的绝缘受到限制。
鉴于上述间题点，本实用新型的目的在于提供一种即便在通过电池包的串联连接来构建高压系统的情况下也能有效地进行构成设备之间的通信路的绝缘对策的通信系统以及具备该通信系统的蓄电池系统。
用于解决课题的技术方案
本实用新型的某一方式涉及的通信系统构成为具备：
组电池，其串联连接多个电池包而成，所述多个电池包各自具有至少一个蓄电池单体；
电池管理部，其对所述电池包进行管理；和
光线路，其被用于所述电池管理部与各所述电池包之间的通信、且以菊链的方式进行连接。
此外，本实用新型的另一方式涉及的通信系统构成为具备：
组电池，其串联连接多个电池包而成，所述多个电池包各自具有至少一个蓄电池单体；
电池管理部，其对所述电池包进行管理；和
光线路，其被用于所述电池管理部与各所述电池包之间的通信、且以一对一的方式进行连接。
此外，本实用新型的又一方式涉及的通信系统构成为具备：
组电池，其串联连接多个电池包而成，所述多个电池包各自具有至少一个蓄电池单体；
电池管理部，其对所述电池包进行管理；
光线路，其为了从所述电池管理部向各所述电池包的电池数据请求的通信用而将所述电池管理部与各所述电池包之间以菊链的方式连接；和
光线路，其为了从各所述电池包向所述电池管理部的电池数据的通信用而即所述电池管理部与各所述电池包之间以一对一的方式连接。
此外，本实用新型的蓄电池系统构成为具备：上述任一构成的通信系统、和与所述通信系统所具有的组电池连接的电力变换部。
实用新型的效果
根据本实用新型，因为即便在通过电池包的串联连接来构建高压系统的情况下也在通信中使用光线路，所以能有效地进行构成设备之间的通信路的绝缘对策。
附图说明
图1是表示本实用新型涉及的蓄电池系统的整体构成例的图。
图2是表示本实用新型涉及的电池包的构成例的图。
图3是表示本实用新型涉及的BMU(Battery Management Unit)的构成例的图。
图4是表示本实用新型涉及的通信系统的第1实施方式的构成的图。
图5是表示本实用新型涉及的通信系统的第2实施方式的构成的图。
图6是表示本实用新型涉及的通信系统的第2实施方式中的布线错误的一例的图。
图7是表示本实用新型涉及的通信系统的第3实施方式的构成的图。
图8是表示本实用新型涉及的通信系统的第3实施方式中的地址分配处理的一例的图。
图9是表示光电耦合器的一例的示意剖面的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实用新型的一实施方式进行说明。图1示出本实用新型涉及的蓄电池系统的整体构成例。其中，在图1中，细实线表示信号线，粗实线表示电力线。图1所示的蓄电池系统具备：主控制器1、HUB2、电力变换器管理部3、电力变换器(Power Conversion System(PCS))4、和蓄电池单元5。
电力变换器管理部3具有从主控制器1接受充放电控制指令，对被设置有多个的电力变换器4的动作进行管理的功能。每个电力变换器4通过电力线而连接有多个组电池50。电力变换器4具有进行外部的电力源(未图示)与组电池50之间的电力变换、或者组电池50与外部的负载(未图示)之间的电力变换的功能，为双向AC/DC转换器、双向DC/DC转换器等的转换器。例如，在外部的电力源为外部商用电源的情况下，作为电力变换器4而使用双向AC/DC转换器，在外部的电力源为太阳能电池的情况下，作为电力变换器4而使用双向DC/DC转换器。
电力变换器管理部3具有基于充放电控制指令来控制电力变换器4的动作，进行使外部的电力源的电力暂时存储到组电池50、或者使所蓄积的电力放电到外部的负载的电力管理的功能。
对应一个电力变换器4而设置多个蓄电池单元5，一个蓄电池单元5具有：组电池50、BMU(Battery Management Unit)51、和BSU(BatterySwitching Unit)52。组电池50串联连接多个电池包而构成，通过串联连接而成为600V以上的高压系统。BSU52被配置在电力变换器4与组电池50之间，在BMU51的控制之下成为连接状态或断开状态。
BMU51在与组电池50之间进行基于光线路的通信，进行对组电池50的电池数据请求以从组电池50中获取电池数据。而且，BMU51在基于所获取到的电池数据而判断出电池包发生了不良情况时，使BSU52成为断开状态，以使组电池50从电力变换器4分离。此外，BMU51使发生了该不良情况的意思与电池数据一并发送至主控制器1。
另外，在图1的构成中，虽然通过一个电力变换器管理部3来控制多个电力变换器4，但是在一个电力变换器管理部3存在不良情况时，也可能无法控制所有电力变换器4。因此，也可构成为针对每个电力变换器4设置电力变换器管理部3。
图2示出构成组电池50的电池包500的构成例。电池包500具备：多个蓄电池单体501、电池状态检测部502、控制部503、和光通信部504。锂离子电池等的多个蓄电池单体501被并联以及串联地连接。例如，将蓄电池单体501并联连接24个，再将被并联连接后的各段串联连接13个。另外，电池包500也可仅具有蓄电池单体501被并联连接后的一个单位，也可仅具有单一的蓄电池单体501。
电池状态检测部502检测蓄电池501被并联连接的各段的电压值，并且检测电池包500的+-电极之间的电流值以及电压值、电池包500的SOC(State Of Charge)、电池包500的温度，并将这些检测数据输出至控制部503。在此，SOC是指用百分比表示了能放电容量(剩余容量)相对于充满电容量之比的参数。SOC除了根据在电池包500中流过的充放电电流的累计值求出之外，还能够参照表示预先决定出的电池包500的开路电压(Open Circuit Voltage(OCV))与SOC之间关系的计算式或表来求出。控制部503经由光通信部504而将从电池状态检测部502获取到的检测数据作为电池数据进行发送。光通信部504由光发送模块和光接收模块构成。
此外，在为了绝缘而使用光通信部504的情况下，由于无法如基于金属的通信的情况那样从BMU51侧提供通信部的驱动电力，因此从蓄电池单体501提供光通信部504的驱动电力。
此外，图3示出BMU51的构成例。BMU51具备：控制部510、光通信部511、和通信接口512。光通信部511由光发送模块和光接收模块构成。控制部510经由光通信部511而将电池数据请求命令发送至组电池50，并从组电池50获取电池数据。此外，控制部510将BSU52控制为连接状态或断开状态，并且经由通信接口512以及HUB2而与主控制器1(图1)进行通信。
<通信系统的第1实施方式>
其次，对由各电池包500和BMU51构成的通信系统进行说明。图4示出通信系统的第1实施方式的构成。在图4中，串联连接N个(N：2以上的自然数)电池包500而构成组电池50(在图4中，第n(n＝1～N)个电池包500标记为“B-n”)。第1个电池包500被连接在BSU52的正侧，第N个电池包500被连接在BSU52的负侧，组电池50经由BSU52而与电力变换器4(图1)连接。
各电池包500具有光发送模块Tx和光接收模块Rx。光发送模块Tx通过LED的点亮来进行数据发送。通过光纤来连接串联连接中的相邻的电池包的光发送模块Tx和光接收模块Rx。此外，通过光纤来连接BMU51所具有的光发送模块Tx和第N个电池包500所具有的光接收模块Rx，通过光纤来连接第1个电池包500所具有的光发送模块Tx和BMU51所具有的光接收模块Rx。由此，通过光纤将各电池包500和BMU51菊链连接。
在电池数据通信中，首先BMU51从自身的光发送模块Tx往成为发送对象的某电池包500发送电池数据请求命令(电池数据请求是对各电池包500进行的)。此时，指定通过后述的地址分配处理而分配给各电池包500的ID号码，来发送电池数据请求命令。如果接收到电池数据请求命令，则电池包500向相邻的下一个电池包500传输电池数据请求命令。传输是由光通信部504(图2)以不经由控制部503(图2)且无延迟的方式逐一进行的，通过第1个电池包500的传输，BMU51接收所发送出的电池数据请求命令。此外，光通信部504(图2)与电池数据请求命令的传输同时，为了判定是否为发往自身的电池数据请求命令，而将所接收到的电池数据请求命令输出至控制部503(图2)。
由控制部503(图2)判定为是发往自身的电池数据请求命令的电池包500，对BMU51应答包含自身的ID号码的电池数据。从电池数据请求命令的接收完成起隔开间隔(例如几十毫秒)向相邻的下一个电池包500发送电池数据，由此进行应答(第1个电池包500向BMU51进行发送)。电池数据是由光通信部504(图2)以不经由控制部503(图2)且无延迟的方式逐一传输的，通过第1个电池包500的传输，BMU51可以从各电池包500中获取电池数据。
这样，利用光线路连接BMU51与各电池包500之间，从而即便在通过电池包500的串联连接而构建600V以上的高压系统的情况下，也能有效地进行构成设备之间的通信路的绝缘对策以及耐噪声对策。进而，由于通过菊链连接而BMU51侧的通信端口只有一个即可，因此即便电池包500的串联连接数发生变化，也能够灵活地应对。
此外，在本实施方式的构成的情况下，为了识别是来自哪个电池包500的电池数据，需要进行用于识别电池包500的地址分配处理。在通信开始时如下述那样实施地址分配处理。
(步骤1)首先，BMU51对各电池包500广播地址设定用命令。
(步骤2)各电池包500将进行了菊链连接的自身的光发送模块Tx设为disable(无效)。
(步骤3)BMU51发布初始值的ID号码(例如“#1”)。
(步骤4)在自身的光发送模块Tx为disable的情况下，电池包500将所接收到的ID号码设定为自身的ID号码，将光发送模块Tx设为enable(有效)，对相邻的下一个电池包500发布在自己的ID号码上加上1之后的ID号码。
(步骤5)在自身的光发送模块Tx为disable的情况下，第1个电池包500将所接收到的ID号码设定为自身的ID号码，将光发送模块Tx设为enable(有效)，对BMU51发布在自己的ID号码上加上1之后的ID号码(＝初始值+N)。如果BMU51接收到由第1个电池包500所发布的ID号码，则地址分配处理结束。
另外，本实施方式具有上述这种效果，但也具有如下的课题。第一个课题在于：发送电池数据时的数据的数据量多于发送电池数据请求命令时的数据的数据量，在发送电池数据时电池包500除了自身的数据之外还需要发送来自后段的所有电池包500的数据。因此，发送用的LED点亮时间在电池包500之间会发生偏差，从而电池包500之间的容量平衡被打破。如果关于打破电池包之间的容量平衡而举出极端例子的话，则有在被串联连接的电池包列之中混合存在充满电的电池包和空的电池包的状态下，由于存在充满电的电池包，因此在进行充电时成为过充电从而无法充电，由于存在空的电池包，因此在进行放电时成为过放电从而无法充电。由此，成为既无法放电也无法充电的状态。
第二个课题在于：电池包500为了传输不是发往自身的数据而需要进行LED的点亮，因此电力消耗变大。
<通信系统的第2实施方式>
其次，图5示出通信系统的第2实施方式的构成。在图5所示的构成中，通过光纤以一对一的方式连接BMU51所具有的N个的各光发送模块Tx、和N个电池包500的各光接收模块Rx。此外，通过光纤以一对一的方式连接N个电池包500的各光发送模块Tx、和BMU51所具有的N个的各光接收模块Rx。
作为这种构成中的通信方法，从BMU51的光发送模块Tx向各电池包500依次发送电池数据请求命令，在接收到电池数据请求命令的时间点电池包500从光发送模块Tx向BMU51发送电池数据(即、BMU51从各电池包500依次接收电池数据)。
或者，作为另一通信方法，也可从BMU51向所有电池包500一齐发送电池数据请求命令，BMU51从所有电池包500并行地接收电池数据。
如果为这种的本实施方式，则各电池包500能与BMU51直接进行通信，因此能够抑制电池包500之间的LED点亮时间的偏差，从而能够抑制电池包500之间的容量平衡被打破。此外，因为电池包500无需如第1实施方式那样传输不是发往自身的数据，所以也能够抑制电力消耗。但是，在本构成中却存在如下课题：与电池包500的串联连接数相应的BMU51侧的收发端口和布线增加。
此外，在本构成的情况下，通过连接端口可以唯一地识别是来自哪个电池包500的电池数据。然而，例如图6所示那样可能会产生如下的布线错误：将第1个电池包500的光发送模块Tx连接到原本第2个电池包500应连接的BMU51的光接收模块Rx，将第2个电池包500的光发送模块Tx连接到原本第1个电池包500应连接的BMU51的光接收模块Rx。在这种情况下会产生如下的识别错误：虽然能够识别出是来自第1个电池包500的电池数据，但是实际上却是第2个电池包500的电池数据，虽然能够识别出是来自第2个电池包500的电池数据，但是实际上却是第1个电池包500的电池数据。
因此，为了能够识别正确的电池包500，也可进行如下那样的地址分配处理。在通信开始时如下述那样实施地址分配处理。
(步骤1)首先，BMU51从最初的发送端口(光发送模块Tx)向电池包500发布ID号码(例如“#1”)(例如向第N个电池包500发布ID号码)。
(步骤2)接收到ID号码的电池包500将该ID号码设定为自身的ID号码，对BMU51进行应答。
(步骤3)BMU51从下一个发送端口向电池包500发布下一个ID号码。
在反复进行上述步骤3和步骤2而直到最后的发送端口为止时，处理结束。如果这样进行地址分配处理，则通过在发送电池数据时电池包500向BMU51发送自身的ID号码，从而BMU51能够不依赖于N个的各光发送模块Tx、与BMU51所具有的N个的各光接收模块Rx之间的一对一的布线，正确地识别是来自哪个电池包500的电池数据。然而，在存在BMU51所具有的N个的各光发送模块Tx、与N个电池包500的各光接收模块Rx之间的一对一的布线错误的情况下，纵使假设进行了地址分配处理，也会发生识别错误。
<通信系统的第3实施方式>
其次，图7示出通信系统的第3实施方式的构成。在图7所示的构成中，为了电池数据请求的通信用而通过光纤以菊链(daisy chain)的方式连接BMU51和各电池包500，为了电池数据的通信用而通过光纤以一对一的方式连接各电池包500的光发送模块Tx和BMU51所具有的N个的光接收模块Rx。
关于通信方法而言，首先BMU51从自身的光发送模块Tx指定广播用的地址来发送电池数据请求命令。接收到电池数据请求命令的电池包500在根据广播用的地址而判断为是发往自身的情况下，从自身的光发送模块Tx向BMU51发送电池数据，并且向相邻的下一个电池包500传输电池数据请求命令。由此，第N个至第2个的电池包500将电池数据依次发送至BMU51，被传输了电池数据请求命令的第1个电池包500从自身的光发送模块Tx向BMU51发送电池数据，并且向BMU51传输电池数据请求命令。
接收到电池数据请求命令的BMU51通过确认电池数据请求命令，从而能够判断是否没有数据走样或是否没有光线路断开等。另外，用于传输从第1个电池包500向BMU51的电池数据请求命令的光线路不是必需的(没有这种光线路的连接方式也包含在菊链连接中)
根据本实施方式，通过组合菊链连接和一对一连接，从而能够尽量抑制BMU51中的通信端口的增加。进而，通过广播电池数据请求命令、以及基于一对一连接的电池数据发送，由此能够抑制电池包500之间的LED点亮时间的偏差，从而能够抑制电池包500之间的容量平衡被打破，并且能够抑制基于LED点亮的电力消耗。
此外，虽然在本构成的情况下根据连接端口也可以唯一地识别是来自哪个电池包500的电池数据，但是为了即便在有如第2实施方式所叙述那样的布线错误的情况下也能够识别正确的电池包500，也可进行如下那样的地址分配处理。在通信开始时如下述那样实施地址分配处理(参照图8，图8中的×表示disable)。
(步骤1)首先，BMU51对各电池包500广播(broadcast)地址设定用命令。
(步骤2)各电池包500将进行了菊链连接的自身的光发送模块Tx设为disable(无效)。
(步骤3)BMU51发布初始值的ID号码(例如“#1”)。
(步骤4)在自身的光发送模块Tx为disable的情况下，电池包500将所接收到的ID号码设定为自身的ID号码，经由电池数据发送用的光线路而对BMU51进行应答，将光发送模块Tx设为enable(有效)。而且，电池包500向相邻的下一个电池包500发布在自己的ID号码上相加1之后的ID号码。
(步骤5)在自身的光发送模块Tx为disable的情况下，第1个电池包500将所接收到的ID号码设定为自身的ID号码，经由电池数据发送用的光线路而对BMU51进行应答，将光发送模块Tx设为enable。而且，第1个电池包500经由菊链连接的光线路而向BMU51发布在自己的ID号码上加上1之后的ID号码(＝初始值+N)。在BMU51接收到由第1个电池包500所发布的ID号码时，地址分配处理结束。
如果这样进行地址分配处理，则通过在发送电池数据时电池包500向BMU51发送自身的ID号码，从而BMU51能够不依赖于N个的各光发送模块Tx、与BMU51所具有的N个的各光接收模块Rx之间的一对一的布线，正确地识别是来自哪个电池包500的电池数据。此外，与第2实施方式不同，因为电池数据请求通信用的布线是通过以菊链的方式连接串联连接中的相邻的电池包500而进行的，所以布线错误的可能性变低，地址分配处理有效地发挥作用。
以上，对本实用新型的一实施方式进行了说明，但是如果在本实用新型的宗旨的范围内，则可对实施方式进行各种变更。
例如，在第1实施方式以及第3实施方式中进行菊链连接的情况下，也可构成为：将BMU51的光发送模块Tx连接到第1个电池包500的光接收模块Rx，按照从第1个电池包500向第N个电池包500能传输数据的方式连接各电池包500之间，将第N个电池包500的光发送模块Tx连接到BMU51的光接收模块Rx。另外，此时，从第N个电池包500向BMU51的连接不是必须的(不进行该连接的连接方式也包含在菊链连接中)。
符号说明
1  主控制器
2  HUB
3  电力变换器管理部
4  电力变换器(Power Conversion System(PCS))
5  蓄电池单元
50  组电池
51  BMU(Battery Management Unit)
52  BSU(Battery Switching Unit)
60  外部树脂
61  内部树脂
62  焊接区
500  电池包
501  蓄电池单体
502  电池状态检测部
503  控制部
504  光通信部
510  控制部
511  光通信部
512  通信接口
Tx  光发送模块
Rx  光接收模块

Claims (3)

1.一种通信系统，其特征在于，具备： 
组电池，其串联连接多个电池包而成，所述多个电池包各自具有至少一个蓄电池单体； 
电池管理部，其对所述电池包进行管理； 
光线路，其为了从所述电池管理部向各所述电池包的电池数据请求的通信用而将所述电池管理部与各所述电池包之间以菊链的方式连接；和 
光线路，其为了从各所述电池包向所述电池管理部的电池数据的通信用而将所述电池管理部与各所述电池包之间以一对一的方式连接。 
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于， 
以广播的方式发送从所述电池管理部向各所述电池包的电池数据请求命令。 
3.一种蓄电池系统，其特征在于，具备： 
权利要求1或2所述的通信系统；和 
电力变换部，其与所述通信系统所具有的组电池连接。 
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