JP2012065538A - 電力貯蔵システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の測定位置で温度検出を行うことでバッテリーの現在状態を正確に診断しつつも、回路全体の小型化及び単純化が可能であって低消費電力を図ることができる電力貯蔵システムを提供する。
【解決手段】複数のバッテリーユニットと、バッテリーユニットの温度を検出するための複数のサーミスタと、複数のサーミスタに対するマルチプレクシングを行うものであって、選択されたいずれか一つのサーミスタを基準抵抗に対して接続させるマルチプレクサと、基準抵抗と電源電圧端子との間に接続される電源スイッチ部と、マルチプレクサ及び電源スイッチ部に対して制御信号を受信するものであって、少なくとも２つ以上の制御ビットが入力される制御信号入力部と、を備える電力貯蔵システム。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力貯蔵システムに関する。

環境破壊、資源枯渇などが問題になるにつれて、電力を貯蔵し、かつ貯蔵された電力を効率的に活用できるシステムへの関心が高くなりつつある。またこれと共に発電過程で公害を引き起こさない再生可能エネルギーへの関心も高くなりつつある。電力貯蔵システムは、かかる再生可能エネルギー、電力を貯蔵しているバッテリー、そして、既存のグリッド電力を連係させるシステムであって、現在の環境変化に合せて多くの研究開発が行われている。

韓国特許出願公開第２００６−０００７９３５号明細書

本発明の目的は、複数の測定位置で温度検出を行うことでバッテリーの現在状態を正確に診断しつつも、回路全体の小型化及び単純化が可能であって低消費電力を図ることができる電力貯蔵システムを提供することである。

前記の目的及びその他の目的を達成するために本発明の電力貯蔵システムは、複数のバッテリーユニットと、前記バッテリーユニットの温度を検出するための複数のサーミスタと、前記複数のサーミスタに対するマルチプレクシングを行うものであって、選択されたいずれか一つのサーミスタを基準抵抗に対して接続させるマルチプレクサと、前記基準抵抗と電源電圧端子との間に接続される電源スイッチ部と、前記マルチプレクサ及び電源スイッチ部に対して制御信号を受信するものであって、少なくとも２つ以上の制御ビットが入力される制御信号入力部と、を備えることを特徴とする。

例えば、前記電力貯蔵システムは、前記制御信号を伝達するものであって、前記制御信号入力部から前記電源スイッチ部に延びる第１伝送ラインと、前記制御信号入力部から前記マルチプレクサに延びる第２伝送ラインと、をさらに含む。
例えば、前記第１及び第２伝送ラインは、実質的に同じ制御信号を前記電源スイッチ部または前記マルチプレクサに伝達する。
例えば、前記第１伝送ラインと前記第２伝送ラインとは、それぞれの制御ビットを伝送する少なくとも２つ以上のデータラインを含む。
例えば、前記第１伝送ラインと前記第２伝送ラインとは、前記制御信号入力部で分岐されてそれぞれ前記電源スイッチ部または前記マルチプレクサに延びる。

例えば、前記制御信号は、前記マルチプレクサにより選択されるサーミスタを順次に変えるように経時的に変更される。
例えば、前記制御信号は、前記マルチプレクサのいずれか一つのサーミスタに対する選択を指示すると同時に、前記電源スイッチ部のオン動作を指示する。
例えば、前記制御信号は、前記マルチプレクサの非選択を指示すると同時に、前記電源スイッチ部のオフ動作を指示する。

例えば、前記電源スイッチ部は、前記制御ビットの信号によってオン／オフ切換される少なくとも一つのスイッチを備える。
例えば、前記電源スイッチ部は、前記制御ビットの信号によってオン／オフ切換される第１電源スイッチと、前記第１電源スイッチのオン／オフ動作に連動して前記基準抵抗と前記電源電圧端子との間を連結／遮断する第２電源スイッチと、を備える。
例えば、前記電源スイッチ部は、前記制御ビットの信号を組み合わせて前記第１電源スイッチに出力する演算部をさらに備える。
例えば、前記演算部は、制御ビットを入力として論理和演算を行う。
例えば、前記演算部は、それぞれ制御ビットが入力され、ダイオードが直列接続されており、出力側は互いに結線されている少なくとも２つ以上のデータラインを含む。

一方、本発明の他の態様による電力貯蔵システムは、発電システム及びグリッドと連係して負荷に電力を供給する電力貯蔵システムであって、複数のバッテリーユニットと該バッテリーユニットの温度を検出するための複数のサーミスタとを備えるバッテリー部と、前記複数のサーミスタに対するマルチプレクシングを行って、複数のサーミスタに対して順次に基準抵抗と共に電源電圧を分配させ、分圧電圧を出力する温度検出部と、前記温度検出部に通信自在に接続された制御部と、を備える。

例えば、前記温度検出部は、前記複数のサーミスタに対するマルチプレクシングを行うものであって、選択されたいずれか一つのサーミスタを前記基準抵抗に対して接続させるマルチプレクサと、前記基準抵抗と電源電圧端子との間に接続される電源スイッチ部と、前記マルチプレクサ及び電源スイッチ部に対する制御信号を受信する制御信号入力部と、を備える。
例えば、前記マルチプレクサと前記電源スイッチ部とには、実質的に同じ制御信号が入力される。
例えば、前記電源スイッチ部は、前記制御信号によってオン／オフ切換される少なくとも一つのスイッチを備える。
例えば、前記電源スイッチ部は、前記制御信号の各ビットを組み合わせてハイまたはローレベルの信号を出力する演算部と、前記演算部の出力によってオン／オフ切換される第１電源スイッチと、前記第１電源スイッチのオン／オフ動作に連動して、前記基準抵抗と前記電源電圧端子との間を連結／遮断する第２電源スイッチと、を備える。

前記電力貯蔵システムは、前記発電システムから出力される電圧を直流リンク電圧に変換する電力変換部と、前記バッテリー部の入出力電圧と前記直流リンク電圧との間の相互変換機能を有した双方向コンバータと、前記直流リンク電圧のレベルを一定に保持するＤＣリンク部と、前記直流リンク電圧を前記グリッドの交流電圧に変換し、前記グリッドの交流電圧を前記直流リンク電圧に変換する双方向インバータと、前記電力変換部、前記双方向コンバータ及び前記双方向インバータを制御する統合制御器と、を備える。
例えば、前記統合制御器は、電力貯蔵システムの電力フローに関する動作モードを制御し、前記制御部は、前記統合制御器の制御下で前記バッテリー部の充放電動作を制御する。

本発明によれば、複数の測定位置で温度検出を行うことでバッテリーの現在状態を正確に診断して、充放電動作を精巧に制御できる。また、測定位置を多様化させつつも各測定位置に配されたサーミスタの駆動回路、測定回路などを個別的に構成せずにマルチプレクサを利用して単一回路で構成することで、回路規模の増大を抑制して回路素子と配線などを含む全体回路構成を小型化及び単純化させることができる。
このように複数のサーミスタに対して温度検出回路を共有させることで、サーミスタの駆動回路や測定回路を個別的に構成した時に比べて、個別回路素子の抵抗や容量の偏差を除去して正確な温度測定が可能である。
また、本発明によれば、温度検出動作が行われる間にのみ間歇的に電源電圧をサーミスタに印加することで、サーミスタにより電源電圧から引き出される平均電力を低減させ、かつ低消費電力化を図ることができる。

本発明の一実施形態による電力貯蔵システムの全体的な構成を示すブロック構成図である。 測定対象としてのバッテリー部と、バッテリー部に対する温度検出を行うＢＭＳとのブロック構成図である。 温度測定動作を行うＢＭＳの詳細構成を示す図面である。

以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による電力貯蔵システム１の構成を示すブロック図である。図１を参照すれば、本実施形態による電力貯蔵システム１は、発電システム２及びグリッド３と接続して負荷４に電力を供給する。
発電システム２は、エネルギー源を利用して電力を生産するシステムである。発電システム２は、生産した電力を電力貯蔵システム１に供給する。発電システム２は、太陽光発電システム、風力発電システム、潮力発電システムなどであり、その外に太陽熱や地熱などを利用する再生可能エネルギーを利用して電力を生産する発電システムをいずれも含むことができる。特に太陽光を利用して電気エネルギーを生産する太陽電池は、各家庭または工場などに設置しやすく、各家庭に分散された電力貯蔵システム１に適用するのに適している。発電システム２は、複数の発電モジュールを並列に備えて発電モジュール別に電力を生産することで、大容量エネルギーシステムを構成できる。

グリッド３は、発電所、変電所、送電線などを備える。グリッド３は、正常状態である場合、電力貯蔵システム１または負荷４に電力を供給し、電力貯蔵システム１から供給された電力を入力される。グリッド３が非正常状態である場合、グリッド３から電力貯蔵システム１または負荷４への電力供給は中断され、電力貯蔵システム１からグリッド３への電力供給も中断される。
負荷４は、発電システム２で生産された電力、バッテリー部４０に貯蔵された電力、またはグリッド３から供給された電力を消費するものであって、例えば、家庭、工場などでありうる。

電力貯蔵システム１は、発電システム２で発電した電力をバッテリー部４０に貯蔵し、発電した電力をグリッド３に送ることができる。また電力貯蔵システム１は、バッテリー部４０に貯蔵された電力をグリッド３に伝達するか、グリッド３から供給された電力をバッテリー部４０に貯蔵することができる。また電力貯蔵システム１は、異常状況、例えば、グリッド３の停電発生時には、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）動作を行って負荷４に電力を供給でき、グリッド３が正常的な状態でも、発電システム２が発電した電力やバッテリー部４０に貯蔵されている電力を負荷４に供給できる。

電力貯蔵システム１は、電力変換部１０、ＤＣリンク部２０、双方向インバータ３０、バッテリー部４０、バッテリー管理システム５０（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、以下、ＢＭＳ）、双方向コンバータ７０、第１スイッチ８０、第２スイッチ８１、及び統合制御器９０を備える。

電力変換部１０は、発電システム２と第１ノードＮ１との間に接続される。電力変換部１０は、発電システム２で生産した電力を第１ノードＮ１に伝達し、この時、出力電圧を直流リンク電圧に変換する。電力変換部１０は、発電システムの種類によってコンバータまたは整流回路で構成できる。すなわち、発電システム２が直流の電力を発生させる場合、電力変換部１０は、直流電力を直流電力に変換するためのコンバータでありうる。逆に発電システム２が交流の電力を発生させる場合、電力変換部１０は、交流電力を直流電力に変換するための整流回路でありうる。特に、発電システム２が太陽光発電である場合、電力変換部１０は日射量、温度などの変化によって発電システム２で生産する電力を最大に得られるように、最大電力ポイント追跡制御（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ、以下、ＭＰＰＴ）を行うＭＰＰＴコンバータでありうる。

ＤＣリンク部２０は、第１ノードＮ１と双方向インバータ３０との間に接続されて第１ノードＮ１の直流リンク電圧を一定に維持させる。第１ノードＮ１は、発電システム２またはグリッド３の瞬時電圧降下、負荷におけるピーク負荷発生などによってその電圧レベルが不安定になりうる。しかし、第１ノードＮ１の電圧は、双方向コンバータ７０及び双方向インバータ３０の正常動作のために安定化する必要がある。ＤＣリンク部２０は、第１ノードＮ１の直流リンク電圧のレベル安定化のために備えられ、例えば、キャパシタなどで具現されうる。本実施形態ではＤＣリンク部２０が別途に備えられた例を図示したが、ＤＣリンク部２０が双方向コンバータ７０、双方向インバータ３０、または電力変換部１０内に具現される実施形態も可能である。

双方向インバータ３０は、ＤＣリンク部２０と第１スイッチ８０との間に接続される電力変換器である。双方向インバータ３０は、発電システム２またはバッテリー部４０から出力された直流リンク電圧をグリッドの交流電圧に変換して出力する。また双方向インバータ３０は、グリッド３の電力をバッテリー部４０に貯蔵するために、グリッド３の交流電圧を整流して直流リンク電圧に変換して出力する。双方向インバータ３０は、グリッド３に出力される交流電圧から高調波を除去するためのフィルタを備え、無効電力発生を抑制するために、双方向インバータ３０から出力される交流電圧の位相とグリッド３の交流電圧の位相とを同期化させるための位相同期ループＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路を備えることができる。その外に双方向インバータ３０は、電圧変動範囲制限、力率改善、直流成分の除去、過渡現象からの保護などの機能を行える。

バッテリー部４０は、発電システム２で生産された電力またはグリッド３の電力を供給されて貯蔵し、負荷４またはグリッド３に貯蔵している電力を供給する。バッテリー部４０は、少なくとも一つ以上のバッテリーユニットを備えることができる。このようなバッテリー部４０は、多様な種類のバッテリーユニットで具現でき、例えば、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池（ＮｉＭＨ：ｎｉｃｋｅｌ ｍｅｔａｌ ｈｙｄｒｉｄｅ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウム−イオン電池、リチウムポリマー電池などでありうる。バッテリー部４０は、電力貯蔵システム１で要求される電力容量、設計条件などによってその数を決定できる。例えば、負荷４の消費電力が大きい場合には複数のバッテリーユニットを備えることができ、負荷４の消費電力が小さな場合には一つのバッテリーユニットのみを備えることもできる。

ＢＭＳ ５０はバッテリー部４０に接続され、統合制御器９０の制御によってバッテリー部４０の充電及び放電動作を制御する。ＢＭＳ ５０はバッテリー部４０を保護するために、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セルバランシング機能などを行える。このためにＢＭＳ ５０は、バッテリー部４０の電圧、電流、温度、残余電力量、寿命、充電状態などをモニタリングし、関連情報を統合制御器９０に伝送できる。前記ＢＭＳ ５０はバッテリー部４０と分離されて備えられるか、またはＢＭＳ ５０とバッテリー部４０とが一体化したバッテリーパックとして構成されることもある。

双方向コンバータ７０は、バッテリー部４０から出力された電力を双方向インバータ３０で要求する電圧レベル、すなわち、直流リンク電圧にＤＣ−ＤＣ変換する。また双方向コンバータ７０は、第１ノードＮ１を介して流れ込む充電電力をバッテリー部４０で要求する電圧レベルにＤＣ−ＤＣ変換する。ここで充電電力は、例えば、発電システム２で生産された電力またはグリッド３から双方向インバータ３０を介して供給された電力である。

第１スイッチ８０及び第２スイッチ８１は、双方向インバータ３０と第２ノードＮ２との間に直列に接続され、統合制御器９０の制御によってオン／オフ動作を行って、発電システム２とグリッド３との間の電流のフローを制御する。第１スイッチ８０と第２スイッチ８１とは、発電システム２、グリッド３、及びバッテリー部４０の状態によってオン／オフが決定される。例えば、負荷４で要求される電力量が大きい場合、第１スイッチ８０及び第２スイッチ８１をいずれもオン状態にして、発電システム２、グリッド３の電力がいずれも使われるようにする。もちろん発電システム２及びグリッド３からの電力のみでは負荷４で要求する電力量を満たせない場合には、バッテリー部４０に貯蔵された電力が供給されることもある。一方、グリッド３で停電が発生した場合、第２スイッチ８１をオフ状態にし、第１スイッチ８０をオン状態にする。これによって、発電システム２またはバッテリー部４０からの電力を負荷４に供給でき、負荷４に供給される電力がグリッド３側に流れ込むことによるグリッド３の電力線などで作業している人の感電事故などを防止可能にする。

統合制御器９０は、発電システム２、グリッド３、バッテリー部４０、及び負荷４の状態をモニタリングし、モニタリング結果によって電力変換部１０、双方向インバータ３０、ＢＭＳ ５０、双方向コンバータ７０、第１スイッチ８０及び第２スイッチ８１を制御する。またＤＣリンク部２０から直流リンク電圧値を受信して電力貯蔵システム１の状態、負荷の状態などをモニタリングできる。
前述したように、前記ＢＭＳ ５０は、バッテリーの状態情報を検出して関連情報を統合制御器９０に伝送し、統合制御器９０の制御によってバッテリー部４０の充電及び放電動作を制御する。前記ＢＭＳ ５０は、バッテリー部４０から電圧、電流、温度などの状態情報を検出できるが、以下では、ＢＭＳ ５０の温度検出動作について説明する。

図２を参照すれば、測定対象としてのバッテリー部４０と、前記バッテリー部４０の相異なる測定位置で温度検出を行うＢＭＳ ５０とのブロック構成図が図示されている。図２を参照すれば、前記バッテリー部４０は、直並列に接続された複数のバッテリーユニット４１と、相異なる位置で温度検出を行う複数のサーミスタ４５とを備える。前記サーミスタ４５はバッテリーユニット４１と近接した位置に配され、例えば、相異なるバッテリーユニット４１の温度情報を電気的な信号に変換してＢＭＳ ５０に伝達する。
後述するように、前記サーミスタ４５には同時に駆動電源が印加されずに順次に駆動電源が印加され、例えば、第１サーミスタＴＨ１、第２サーミスタＴＨ２、第３サーミスタＴＨ３、…、第ｎサーミスタＴＨｎの順に相異なる時間（ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔｎ）に駆動電源Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎが印加され、これにより、各サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、…、ＴＨｎから相異なる時間（ｔ＝ｔ１’，ｔ２’，…，ｔｎ’）に順次に温度信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…、Ｔｎが出力される。例えば、第１サーミスタＴＨ１、第２サーミスタＴＨ２、第３サーミスタＴＨ３、…、第ｎサーミスタＴＨｎの順に出力された温度信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…、ＴｎがＢＭＳ ５０に伝えられる。

前記バッテリー部４０に内蔵された複数のバッテリーユニット４１は高出力、高容量を提供するために直列に接続されるか、または並列に接続されることができ、所定数のバッテリーユニット４１が並列に接続された並列ブロックが直列に接続されるなど、直列／並列接続が混用できる。
バッテリー部４０内には、相異なる測定位置における温度検出のための複数のサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、…、ＴＨｎが配される。複数のバッテリーユニット４１を持つ高出力、高容量のバッテリー部４０では、バッテリーユニット４１の配置状態によって温度偏差が生じる恐れがあるので、各バッテリーユニット４１の正確な温度情報を把握するために、相異なる複数の位置で温度検出を行う。サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、…、ＴＨｎの測定位置に関して、例えば、各バッテリーユニット４１毎にサーミスタ４５が配されるか、または所定数のバッテリーユニット４１を一つのブロックとして、各ブロック毎にサーミスタ４５を配することもある。前記サーミスタ４５は、バッテリーユニット４１の周辺に配されうる。例えば、前記サーミスタ４５は、測定対象の温度に対応する電圧信号を生成するものであって、温度によって電気抵抗が可変される抵抗性温度センサーとして具現できる。

前記ＢＭＳ ５０は、温度検出動作を総括的に制御する制御部５５と、前記制御部５５に通信自在に接続されて制御部５５から出力された制御信号によって、各サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ２、…、ＴＨｎに順次に電源電圧Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎを分配させ、これにより順次に出力される各サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、…、ＴＨｎの温度信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…、Ｔｎを制御部５５に伝達する温度検出部５１と、を備える。

図３には、温度測定動作を行う温度検出部５１の詳細な構成が図示されている。図面を参照すれば、前記温度検出部５１は、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３が印加される制御信号入力部１４０と、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３によって電源電圧Ｖｃｃのオン／オフ切換動作を行う電源スイッチ部１２０と、前記制御信号ｂ１ｂ２ｂ３によってプルアップ抵抗１３０（特許請求の範囲に記載の基準抵抗に該当）と共に電源電圧Ｖｃｃの電圧分配を行うサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、…、ＴＨ７に対する選択動作を行うマルチプレクサ１１０と、を備える。

前記制御信号入力部１４０には、制御部５５から出力された制御信号ｂ１ｂ２ｂ３が印加され、この時制御信号ｂ１ｂ２ｂ３は少なくとも２つ以上のビットを含むことができる。例えば、前記制御信号入力部１４０は、制御部５５とのインターフェースを構成する端子（図示せず）を備えることができ、別途の端子なしに制御信号ｂ１ｂ２ｂ３が受信されるデータラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３で構成されることもある。
前記制御信号入力部１４０に印加された制御信号ｂ１ｂ２ｂ３は、第１伝送ラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と第２伝送ラインＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３とを介して、電源スイッチ部１２０とマルチプレクサ１１０とにそれぞれ伝えられる。例えば、前記第１、第２伝送ラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３が伝送される２つ以上の複数のデータラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３で構成でき、これら第１、第２伝送ラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３を介して、電源スイッチ部１２０とマルチプレクサ１１０とには実質的に同じ制御信号ｂ１ｂ２ｂ３が印加される。すなわち、制御部５５から出力された一つの制御信号ｂ１ｂ２ｂ３により、電源スイッチ部１２０とマルチプレクサ１１０とが同時に制御される。

前記電源スイッチ部１２０は、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３のビットを組み合わせて出力信号を生成する演算部１２５と、前記演算部１２５の出力によってオン／オフ切換される第１電源スイッチ１２１と、前記第１電源スイッチ１２１と連動して電源電圧端子Ｐとプルアップ抵抗１３０との間の回路を開閉する第２電源スイッチ１２２と、を備える。
前記演算部１２５は、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３のビットを入力として論理和演算を行える。さらに具体的には、前記演算部１２５は、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３の各ビットが入力され、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が直列接続されており、出力側は互いに結線されている少なくとも２つ以上の複数のデータラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３を含むことができる。すなわち、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３のビットが入力されるそれぞれのデータラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３上にはダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が直列接続されており、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の出力側は結線をなして第１電源スイッチ１２１に接続される。

例えば、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３の各ビットが入力される第１〜第３データラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３上には第１〜第３ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が直列に接続され、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の出力側は結線をなしてＯＲゲート動作を行える。この時、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３を構成する少なくともいずれか一つのビットがハイレベルならば、他のビットのレベルと関係なく第１電源スイッチ１２１がターンオンされ、第１電源スイッチ１２１の一端子に接続された第２電源スイッチ１２２にベース電流が流れ、第２電源スイッチ１２２がターンオンされる。例えば、第１、第２電源スイッチ１２１、１２２は、それぞれＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタとで具現でき、第１電源スイッチ１２１のコレクター端子と、第２電源スイッチ１２２のベース端子とは、共通ノードを形成できる。
結果的に、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３のいずれか一つのビットでもハイレベルならば、マルチプレクサ１１０に電源電圧Ｖｃｃが供給される。一方、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３のあらゆるビットがローレベルならば、第１、第２電源スイッチ１２１、１２２はターンオフされ、マルチプレクサ１１０への電源供給が遮断される。例えば、前記第１、第２電源スイッチ１２１、１２２は、ＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのトランジスタで具現できる。

前記マルチプレクサ１１０は、バッテリー部４０に内蔵された複数のサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７のうち一つをプルアップ抵抗１３０に選択的に接続させる。前記プルアップ抵抗１３０は、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７との電圧配分を行う基準抵抗を意味し、このような限度で特別な制限はない。
前記プルアップ抵抗１３０は、電源スイッチ部１２０を介して電源電圧端子Ｐと接続されている。前記プルアップ抵抗１３０の上流側は電源電圧端子Ｐに接続されており、電源スイッチ部１２０の動作によってプルアップ抵抗１３０に電源電圧Ｖｃｃが供給されるか、または電源電圧Ｖｃｃが遮断される。電源スイッチ部１２０のオン／オフ動作によってプルアップ抵抗１３０と共に、マルチプレクサ１１０により選択されたいずれか一つのサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７に電源電圧Ｖｃｃが供給され、これによりプルアップ抵抗１３０と選択されたサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７との間に電圧分配が行われ、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７の温度信号Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔ７は、マルチプレクサ１１０の出力端子ＯＵＴを介して制御部５５に出力される。
この時、電源電圧Ｖｃｃが供給されるサーミスタ４５は、マルチプレクサ１１０により選択された一つのサーミスタ４５であり、選択されたサーミスタ４５の出力信号が制御部５５に出力される。マルチプレクサ１１０は、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３によってサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７を順次に選択することで、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７の温度信号Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔ７を順次に制御部５５に出力する。

前記制御部５５は、サーミスタ４５の温度信号Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔ７からバッテリーユニット４１の状態情報を入手し、バッテリーユニット４１の過熱などの異常状態や充電状態などを把握し、統合制御器９０と協力して各バッテリーユニット４１の充放電動作を制御する。
前記マルチプレクサ１１０の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２、…、ＩＮ７は、複数のサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７と接続されている。前記サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７の一側はマルチプレクサ１１０の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２、…、ＩＮ７に接続されており、複数のサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７がそれぞれの入力端子ＩＮ１、ＩＮ２、…、ＩＮ７に接続されている。そして、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７の他側は接地されている。

前記マルチプレクサ１１０は、複数のサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７の一端をマルチプレクシングすることで、プルアップ抵抗１３０と共に順次に電源電圧Ｖｃｃを分配させる。前記マルチプレクサ１１０により選択されたサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７により分配された電圧は、マルチプレクサ１１０の出力端子ＯＵＴを介して制御部５５などに出力される。マルチプレクサ１１０のサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７に対する順次的なマルチプレクシングによって、プルアップ抵抗１３０と各サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７とが順次に閉回路を構成する。形成された閉回路は、プルアップ抵抗１３０と選択されたサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７とにより電源電圧Ｖｃｃの電圧分配を行う。

例えば、マルチプレクサ１１０の第１〜第７入力端子ＩＮ１、ＩＮ２、…、ＩＮ７は、それぞれの第１〜第７サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７と接続されている。そして、マルチプレクサ１１０の出力端子ＯＵＴは、制御部５５に接続されうる。前記マルチプレクサ１１０は、ＭＵＸ端子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に入力される制御信号ｂ１ｂ２ｂ３によって、第１〜第７サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７のうちいずれか一つの選択されたサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７とプルアップ抵抗１３０とが電源電圧Ｖｃｃで駆動される閉回路を構成する。そして、マルチプレクサ１１０の出力端子ＯＵＴを介して、プルアップ抵抗１３０とサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７との分圧抵抗により電源電圧Ｖｃｃが分配された電圧が出力される。

マルチプレクサ１１０に入力される制御信号ｂ１ｂ２ｂ３は、選択されるサーミスタ４５を順次に変える。例えば、マルチプレクサ１１０の選択動作によって第１サーミスタＴＨ１、第２サーミスタＴＨ２、…、第７サーミスタＴＨ７の順にプルアップ抵抗１３０との接続をなす。
例えば、前記マルチプレクサ１１０は、制御部５５から入力される制御信号ｂ１ｂ２ｂ３と、各制御信号ｂ１ｂ２ｂ３によって選択されるサーミスタ４５との対応関係を記録した論理回路で具現できる。以下の表は、制御信号ｂ１ｂ２ｂ３と選択されるサーミスタ４５との対応関係を例示的に示す。

例えば、制御信号が３ビットの二進数で構成される時、０００制御信号は電源スイッチ部１２０をオフにして温度検出動作を行わない状態を指示し、００１〜１１１までの制御信号は、電源スイッチ部１２０をオンにして温度検出動作を行いつつ、第１〜第７サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、…、ＴＨ７の選択を指示する。
例えば、前記０００〜１１１までの制御信号は、マルチプレクサ１１０により選択されるサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、…、ＴＨ７を順次に変えるように一定の時間間隔をおいて連続的に変更できる。この時、０００制御信号は、マルチプレクサ１１０に対してサーミスタ４５を選択しないと同時に、電源スイッチ部１２０のオフ動作を指示するようになる。そして、００１〜１１１の制御信号は、マルチプレクサ１１０に対していずれかの特定のサーミスタ４５を選択することを指示すると同時に、電源スイッチ部１２０のオン動作を指示する。

前記サーミスタ４５は、バッテリー部４０でセンシングしようとする温度の数だけ配され、制御対象になるサーミスタ４５の数に相応するように制御信号を構成する制御ビットの数は増減できる。
一方、図３に図示されていないが、マルチプレクサ１１０から出力される温度信号Ｔ１、Ｔ２ …は、高周波ノイズ成分を除去するためのフィルタ部、信号増幅部、温度信号をデジタル信号に変換するためのアナログ／デジタル変換部などの適正な加工を経て制御部５５に入力されうる。

本発明によれば、複数のバッテリーユニット４１が内蔵された電力貯蔵システムにおいて、複数の測定位置で温度検出を行うことでバッテリーユニット４１の現在状態を正確に診断して充放電動作を精巧に制御できる。特に、相対的に多くのバッテリーユニット４１が内蔵された電力貯蔵システム１では、バッテリーユニット４１の配置位置による温度偏差によって、各バッテリーユニット４１の過熱状態を正確に把握できない場合がある。
本発明では、測定位置を多様化させることで各バッテリーユニット４１の正確な温度状態を把握しつつも、各測定位置に配されたサーミスタ４５の駆動回路、測定回路などを個別的に構成せずにマルチプレクサ１１０を利用して単一回路で構成することで、回路規模の増加を抑制して回路素子と配線などを含む回路全体の構成を小型化及び単純化させることができる。

このように複数のサーミスタ４５野に対して温度検出回路を共有させることで、サーミスタ４５の駆動回路や測定回路を個別的に構成した時に比べて、さらに正確な温度測定が可能である。例えば、サーミスタ４５の抵抗要素と、電圧分配を行うプルアップ抵抗１３０とが各サーミスタ４５ごとに個別的に構成される場合には、各プルアップ抵抗１３０の抵抗特性によって測定誤差が発生しうる。本発明では、サーミスタ４５の抵抗要素と、電圧分配を行うプルアップ抵抗１３０とを、あらゆるサーミスタ４５に対して共有させることで、プルアップ抵抗１３０の抵抗値による測定誤差を根本的に防止できる。
本発明によれば、温度検出動作が行われる間にのみ間歇的に電源電圧Ｖｃｃをサーミスタ４５に印加することで、サーミスタ４５により電源電圧Ｖｃｃから引き出される平均電力を低減させて、低消費電力化を図ることができる。すなわち、電源電圧Ｖｃｃとサーミスタ４５との間に電源供給／遮断のための電源スイッチ部１２０を介在させ、制御信号による電源スイッチ部１２０のオン／オフ動作により温度検出動作が行われない間の電力消耗を抑制できる。

本発明は、図面に図示された実施形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想によって定められねばならない。

本発明は、電力貯蔵システム関連の技術分野に好適に用いられる。

１ 電力貯蔵システム
２ 発電システム
３ グリッド
４ 負荷
１０ 電力変換部
２０ ＤＣリンク部
３０ 双方向インバータ
４０ バッテリー部
４１ バッテリーユニット
４５ サーミスタ
５０ バッテリー管理システム（ＢＭＳ）
５１ 温度検出部
５５ 制御部
６０ 双方向コンバータ
８０ 第１スイッチ
８１ 第２スイッチ
１１０ マルチプレクサ
１２０ 電源スイッチ部
１２１ 第１電源スイッチ
１２２ 第２電源スイッチ
１２５ 演算部
１３０ プルアップ抵抗
１４０ 制御信号入力部
ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨｎ サーミスタ
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３ データライン

Claims (20)

1. 複数のバッテリーユニットと、
   前記バッテリーユニットの温度を検出するための複数のサーミスタと、
   前記複数のサーミスタに対するマルチプレクシングを行うものであって、選択されたいずれか一つのサーミスタを基準抵抗に対して接続させるマルチプレクサと、
   前記基準抵抗と電源電圧端子との間に接続される電源スイッチ部と、
   前記マルチプレクサ及び電源スイッチ部に対して制御信号を受信するものであって、少なくとも２つ以上の制御ビットが入力される制御信号入力部と、を備えることを特徴とする電力貯蔵システム。
2. 前記制御信号を伝達するものであって、前記制御信号入力部から前記電源スイッチ部に延びる第１伝送ラインと、
   前記制御信号入力部から前記マルチプレクサに延びる第２伝送ラインと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
3. 前記第１及び第２伝送ラインは、実質的に同じ制御信号を前記電源スイッチ部または前記マルチプレクサに伝達することを特徴とする請求項２に記載の電力貯蔵システム。
4. 前記第１伝送ラインと前記第２伝送ラインとは、それぞれの制御ビットを伝送する少なくとも２つ以上のデータラインを含むことを特徴とする請求項２に記載の電力貯蔵システム。
5. 前記第１伝送ラインと前記第２伝送ラインとは、前記制御信号入力部で分岐されてそれぞれ前記電源スイッチ部または前記マルチプレクサに延びることを特徴とする請求項２に記載の電力貯蔵システム。
6. 前記制御信号は、前記マルチプレクサにより選択されるサーミスタを順次に変えるように経時的に変更されることを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
7. 前記制御信号は、前記マルチプレクサのいずれか一つのサーミスタに対する選択を指示すると同時に、前記電源スイッチ部のオン動作を指示することを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
8. 前記制御信号は、前記マルチプレクサの非選択を指示すると同時に、前記電源スイッチ部のオフ動作を指示することを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
9. 前記電源スイッチ部は、前記制御ビットの信号によってオン／オフ切換される少なくとも一つのスイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
10. 前記電源スイッチ部は、
    前記制御ビットの信号によってオン／オフ切換される第１電源スイッチと、
    前記第１電源スイッチのオン／オフ動作に連動して前記基準抵抗と前記電源電圧端子との間を連結／遮断する第２電源スイッチと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
11. 前記電源スイッチ部は、前記制御ビットの信号を組み合わせて前記第１電源スイッチに出力する演算部をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の電力貯蔵システム。
12. 前記演算部は、制御ビットを入力として論理和演算を行うことを特徴とする請求項１１に記載の電力貯蔵システム。
13. 前記演算部は、それぞれ制御ビットが入力され、ダイオードが直列接続されており、出力側は互いに結線されている少なくとも２つ以上のデータラインを含むことを特徴とする請求項１１に記載の電力貯蔵システム。
14. 発電システム及びグリッドと連係して負荷に電力を供給する電力貯蔵システムであって、
    複数のバッテリーユニットと該バッテリーユニットの温度を検出するための複数のサーミスタとを備えるバッテリー部と、
    前記複数のサーミスタに対するマルチプレクシングを行って、複数のサーミスタに対して順次に基準抵抗と共に電源電圧を分配させ、分圧電圧を出力する温度検出部と、
    前記温度検出部に通信自在に接続された制御部と、を備えることを特徴とする電力貯蔵システム。
15. 前記温度検出部は、
    前記複数のサーミスタに対するマルチプレクシングを行うものであって、選択されたいずれか一つのサーミスタを前記基準抵抗に対して接続させるマルチプレクサと、
    前記基準抵抗と電源電圧端子との間に接続される電源スイッチ部と、
    前記マルチプレクサ及び電源スイッチ部に対する制御信号を受信する制御信号入力部と、を備えることを特徴とする請求項１４に記載の電力貯蔵システム。
16. 前記マルチプレクサと前記電源スイッチ部とには、実質的に同じ制御信号が入力されることを特徴とする請求項１５に記載の電力貯蔵システム。
17. 前記電源スイッチ部は、前記制御信号によってオン／オフ切換される少なくとも一つのスイッチを備えることを特徴とする請求項１５に記載の電力貯蔵システム。
18. 前記電源スイッチ部は、
    前記制御信号の各ビットを組み合わせてハイまたはローレベルの信号を出力する演算部と、
    前記演算部の出力によってオン／オフ切換される第１電源スイッチと、
    前記第１電源スイッチのオン／オフ動作に連動して、前記基準抵抗と前記電源電圧端子との間を連結／遮断する第２電源スイッチと、を備えることを特徴とする請求項１５に記載の電力貯蔵システム。
19. 前記発電システムから出力される電圧を直流リンク電圧に変換する電力変換部と、
    前記バッテリー部の入出力電圧と前記直流リンク電圧との間の相互変換機能を有した双方向コンバータと、
    前記直流リンク電圧のレベルを一定に保持するＤＣリンク部と、
    前記直流リンク電圧を前記グリッドの交流電圧に変換し、前記グリッドの交流電圧を前記直流リンク電圧に変換する双方向インバータと、
    前記電力変換部、前記双方向コンバータ及び前記双方向インバータを制御する統合制御器と、を備えることを特徴とする請求項１４に記載の電力貯蔵システム。
20. 前記統合制御器は、電力貯蔵システムの電力フローに関する動作モードを制御し、
    前記制御部は、前記統合制御器の制御下で前記バッテリー部の充放電動作を制御することを特徴とする請求項１９に記載の電力貯蔵システム。

Images