JP2012125045A - 蓄電システム、電子機器、電動車両および電力システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池の電圧が規定値より小となるか、或いは電池の残容量が０となると、放電を停止し、さらにシステムの電源が維持できなくなったときシステムの電源を自動的に落としてシャットダウン状態とする。
【解決手段】電池モニタ１１からの電池の電圧或いはＳＯＣが規定値より小さいと判定されると、放電制御スイッチ２２がオフとされる。端子Ｔ１およびＴ２間の電圧に対応する電圧Ｖｘが制御部２１のＡ／Ｄポートに入力され、その値が監視される。Ａ／Ｄポートに入力された電圧Ｖｘが規定値より小さいと判定されると、制御部２１によってスイッチ回路１２がオフとされ、電池モニタ１１に対する電源が断たれる。これと共に、スイッチ制御信号Ｓ１によって、制御スイッチ２５がオフとされる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４の動作が停止し、シャットダウンがなされる。
【選択図】図３

Description

本願開示は、蓄電システム、並びに蓄電システムからの電力を利用する電子機器、電動車両および電力システムに関する。

近年では、リチウムイオン電池などの二次電池の用途が太陽電池、風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電装置、自動車用蓄電池等に急速に拡大している。大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば単位電池（単電池、セルとも呼ばれる。以下の説明では、単に電池と適宜称する。）を使用する場合、複数の蓄電モジュールを直列に接続する構成が採用される。蓄電モジュールは、複数個例えば４個の電池を並列および／または直列に接続して、電池ブロックを構成する。多数の電池ブロックが外装ケースに収納されて蓄電モジュール（組電池とも呼ばれる。）が構成される。

さらに、複数の蓄電モジュールを接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通の制御装置を設ける構成（かかる構成を電池システムと称する。）が知られている。各蓄電モジュールが処理手段（マイクロプロセッサＭＰＵ）を有し、ＭＰＵと制御装置との間で通信手段を介して通信する構成とされている。

電池システムにおいては、電池の過放電を防止するために、電池電圧が所定の電圧以下になったり、電池部のＳＯＣ(State Of Charge)が殆ど０になる場合には、蓄電システム
をシャットダウン（またはパワーダウン）させる必要がある。そして、充電電圧が入力されると、オフから充電状態に復帰するために、充電電圧の入力を検出してシャットダウン状態から充電状態に復帰するための制御が必要とされる。この制御のための回路には、シャットダウン状態でも電力の供給を継続する必要がある。下記の特許文献１には、過放電を検出した場合に、シャットダウン状態となり、シャットダウン状態における回路に流れる電流を少なくして放電を抑制し、長時間にわたって回路に対して電力を供給できることが記載されている。

特開平６−１０４０１５号公報

上述の特許文献１では、シャットダウン状態における放電電流を減少させる対策がとらているが、放電電流を０とすることができない。したがって、シャットダウン状態において、長時間が経過すると、電池の容量が減少し、回路に対する電力が不足する状態となり、シャットダウン状態から充電を開始できなくなるおそれがあった。さらに、蓄電モジュール等の電池の個数が変化する場合には、最小限必要な充電電圧が変化する。このような充電電圧の変化を考慮してシャットダウン状態から充電状態に復帰することは、従来では、行われていなかった。

したがって、シャットダウン状態における放電電流を０とすることができ、さらに、電池の接続数の相違を考慮してシャットダウン状態から充電状態に復帰することができる蓄電システム、電子機器、電動車両および電力システムの提供を目的とする。

上述の課題を解決するために、本願開示の蓄電システムは、充放電可能な蓄電部と、
電源および負荷の少なくとも一方が接続される正および負の端子と、
蓄電部の正極側と正の端子との間に配される正の電源ラインと、
蓄電部の負極側と負の端子との間に配される負の電源ラインと、
正の電源ラインおよび負の電源ラインの一方に対して挿入される放電制御スイッチ素子と、
蓄電部の電圧および容量の少なくとも一方を検出する検出部と、
検出部からの検出情報に基づいて、放電制御スイッチ素子を制御する制御部と、
正および負の電源ラインとそれぞれ接続され、正および負の端子間の電圧に対応する電圧を制御部に対して供給する制御電源部と、
制御部からの指示に従って制御電源部をオフとする制御スイッチと、
を備え、
放電制御スイッチ素子がオンとされる放電時に、検出部によって、蓄電部の電圧および容量の少なくとも一方が所定値より小と検出されると、制御部によって、放電制御スイッチ素子がオフとされ、その後、
制御部によって検出部の電源をオフとすると共に、制御スイッチによって制御電源部をオフとして蓄電部の放電が停止される蓄電システムである。

かかる構成によって、蓄電部が機能しなくなった場合には、自動的に放電を停止することができる。停止後には、検出部および制御部の電源がオフとされるので、シャットダウン状態において電力が不要となり、蓄電部が放電して充電電圧の入力を検出して充電を開始できなくなるおそれを解消できる。

本願開示の蓄電システムは、充放電可能な蓄電部と、
電源および負荷の少なくとも一方が接続される正および負の端子と、
蓄電部の正極側と正の端子との間に配される正の電源ラインと、
蓄電部の負極側と負の端子との間に配される負の電源ラインと、
制御部と、
正および負の電源ラインとそれぞれ接続され、正および負の端子間の電圧に対応する電圧を制御部に対して供給する制御電源部と、
正および負の端子間の電圧から形成された電源電圧によって動作し、正および負の端子間の電圧と対応する電圧が入力され、基準電圧と比較して出力を発生する比較部と、
制御部からの指示に従って制御電源部をオフとし、比較部からの指示に従って制御電源部をオンとする制御スイッチと、
を備え、
充電および放電がなされていないオフ時に、比較部に入力される電圧が基準電圧より大となると、比較部からの指示に従って制御スイッチにより制御電源部がオンとされ、
制御部によって検出部の電源がオンとされて蓄電部の充電が開始される蓄電システムである。

かかる構成によって、放電を停止した後に、充電電圧の入力を検出して充電を開始することができる。比較部の電源電圧が出力電圧から形成されているので、シャットダウン状態において、比較部は、電源を必要としない。さらに、比較部の入力電圧および基準電圧の一方を蓄電部の蓄電素子の接続数に応じて変化させることによって、蓄電素子の接続数に対応する充電電圧の入力を検出することができる。

本願開示の蓄電システムは、充放電可能な蓄電部と、
電源および負荷の少なくとも一方が接続される正および負の端子と、
蓄電部の正極側と正の端子との間に配される正の電源ラインと、
蓄電部の負極側と負の端子との間に配される負の電源ラインと、
正の電源ラインおよび負の電源ラインの一方に対して挿入される放電制御スイッチ素子と、
蓄電部の電圧および容量の少なくとも一方を検出する検出部と、
検出部からの検出情報に基づいて、放電制御スイッチ素子を制御する制御部と、
正および負の電源ラインとそれぞれ接続され、正および負の端子間の電圧に対応する電圧を制御部に対して供給する制御電源部と、
正および負の端子間の電圧から形成された電源電圧によって動作し、正および負の端子間の電圧と対応する電圧が入力され、基準電圧と比較して出力を発生する比較部と、
制御部からの指示に従って制御電源部をオフとし、比較部からの指示に従って制御電源部をオンとする制御スイッチと、
を備え、
放電制御スイッチ素子がオンとされる放電時に、検出部によって、蓄電部の電圧および容量の少なくとも一方が所定値より小と検出されると、制御部によって、放電制御スイッチ素子がオフとされ、その後、
制御部によって検出部の電源をオフとすると共に、制御スイッチによって制御電源部をオフとして蓄電部の放電が停止され、
充電および放電がなされていないオフ時に、比較部に入力される電圧が基準電圧より大となると、比較部からの指示に従って制御スイッチにより制御電源部がオンとされ、
制御部によって検出部の電源がオンとされて蓄電部の充電が開始される蓄電システムである。
本願開示は、上述した蓄電システムに接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。
本願開示は、上述した蓄電システムから、電力の供給を受ける電子機器である。
本願開示は、上述した蓄電システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電システムに関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。
本願開示は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電システムの充放電制御を行う電力システムである。
本願開示は、上述した蓄電システムから、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電システムに電力を供給する電力システムである。

蓄電部が機能しなくなった場合には、自動的に放電を停止することができる。停止後には、検出部および制御部の電源がオフとされるので、シャットダウン状態において電力が不要となり、蓄電部が放電して充電電圧の入力を検出して充電を開始できなくなるおそれを解消できる。さらに、放電を停止した後に、充電電圧の入力を検出して充電を開始することができる。さらに、比較部の入力電圧および基準電圧の一方を蓄電部の蓄電素子の接続数に応じて変化させることによって、蓄電素子の接続数に対応する充電電圧の入力を検出することができる。

蓄電システムの一例のブロック図である。 蓄電システムの他の例のブロック図である。 蓄電システムの具体的構成を示すブロック図である。 図３の一部のより詳細なブロック図である。 図４の説明に用いる略線図である。 電源シャットダウン時の動作を説明するためのフローチャートである。 電源オン時の動作を説明するためのフローチャートである。 蓄電システムの応用例を説明するためのブロック図である。 蓄電システムの応用例を説明するためのブロック図である。

以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。

「蓄電システムの概略」
大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電ユニット（以下、蓄電モジュールと称する）を接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設ける構成が採用される。かかる構成を電池システムと称する。蓄電モジュールは、複数の電池セル例えばリチウムイオン二次電池とコントローラとを組み合わせた単位である。

図１に示すように、Ｎ個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが絶縁部ＩＳを介してインターフェースバスＢＳと接続されている。各蓄電モジュールＭＯＤには、モジュールコントローラＣＮＴと外部のインターフェースバスＢＳとの間を接続するために絶縁インターフェースＩＦが設けられている。この絶縁インターフェースＩＦが蓄電モジュールＭＯＤとインターフェースバスＢＳとの間の絶縁を受け持っている。さらに、各モジュールコントローラが全体の制御装置（以下、出力コントローラと適宜称する。）ＩＣＮＴと接続され、出力コントローラＩＣＮＴが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。

蓄電モジュール内のバス、並びに蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮと出力コントローラＩＣＮＴとを接続するバスＢＳとしては、シリアルインターフェースが使用される。シリアルインターフェースとしては、具体的にＳＭバス(System Management Bus)等が使用
される。例えばＩ２Ｃバスを使用することができる。Ｉ２Ｃバスは、ＳＣＬ（シリアルクロック）と双方向のＳＤＡ（シリアル・データ）の２本の信号線で通信を行う同期式のシリアル通信である。

各蓄電モジュールＭＯＤのコントローラＣＮＴと出力コントローラＩＣＮＴとが通信を行う。すなわち、各蓄電モジュールの内部状態の情報を出力コントローラＩＣＮＴが受け取り、各蓄電モジュールの充電処理および放電処理が管理される。出力コントローラＩＣＮＴがＮ個の蓄電モジュールの直列接続の出力を負荷に対して供給する。蓄電モジュール同士が接続可能とされている。一つの蓄電モジュールの出力電圧を例えば８０Ｖとし、Ｎ＝１〜Ｎ＝５の場合では、出力コントローラＩＣＮＴから（８０Ｖ〜４００Ｖ）の出力電圧が発生する。

図２は、蓄電システムの他の例を示す。他の例では、Ｎ個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮのそれぞれは、蓄電モジュールの間を絶縁する絶縁インターフェースを有する。絶縁インターフェースとしてのホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮを通じて各蓄電モジュールのモジュールコントローラが上位或いは下位の蓄電モジュールとの間の通信、または外部の出力コントローラとの間の通信を行う。

最下位の蓄電モジュールＭＯＤ１に対して出力コントローラＩＣＮＴが接続される。出力コントローラＩＣＮＴは、電池システムの全体を制御する。各蓄電モジュールの内部状態の情報を出力コントローラＩＣＮＴが受け取り、各蓄電モジュールに対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各蓄電モジュールの充電および放電が制御される。

「蓄電システム」
図３を参照して電池システムについて説明する。電池部ＢＴは、例えば上述したような蓄電モジュールの一つまたは複数により構成される。直列接続される電池の数は、用途等に応じて適宜設定される。電池部ＢＴには、各電池の電圧を検出し、さらに、ＳＯＣ(State Of Charge)を算出する検出部としての電池モニタ１１が設けられている。電池モニタ
１１の電源電圧として、電池部ＢＴの出力電圧がスイッチ回路１２を介して供給される。なお、実際には、スイッチ回路１２は、電池モニタ１１の内部に設けられているが、説明の都合上、電池モニタ１１と分離して表されている。

各電池の電圧が設定された上限値に達したこと、各電池の電圧が設定された下限値に達したこと、ＳＯＣ等がインターフェースＢＳを介して出力コントローラＩＣＮＴの制御部２１に対して通知される。制御部２１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）な
どにより構成されるマイクロコンピュータである。制御部２１は、ＣＰＵに対して、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等が接続された構成を有する。制御部ＰＲは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、電池部ＢＴを管理する。

電池部ＢＴの電池の正極側と正の端子Ｔ１との間に正の電源ラインＬ１が配され、電池の負極側と負の端子Ｔ２との間に負の電源ラインＬ２が配される。端子Ｔ１およびＴ２に対しては、出力制御部４１を介して電源４２または負荷４３が接続される。電源４２によって電池部ＢＴの電池が充電され、電池部ＢＴの電池の電力が負荷４３に供給される。

電源４２は、電力供給網の交流電力（商用電源）を整流して形成された直流電源、または再生可能なエネルギーを利用した発電装置（ソーラパネル、風力発電装置）である。負荷４３は、例えば家庭内の電子機器であり、通常、蓄電システムの直流電力が交流電力に変換されて電子機器に供給される。出力制御部４１は、端子Ｔ１およびＴ２に電源４２および負荷４３の何れを接続するかを制御する。

例えばソーラパネルを電源４２として使用する場合、その発電量は、天候、時間帯等で変動する。したがって、ソーラパネルの発電量が多い昼間には、ソーラパネルの出力によって蓄電システムの電池部ＢＴの電池が充電されると共に、ソーラパネル出力が負荷４３に供給される。そして、夜間には、ソーラパネルが発電しないので、負荷４３に対しては、蓄電システムの電池部ＢＴの電池から電力が供給される。このような制御を出力制御部４１が行う。但し、この制御は、単純な例であって、負荷４３の電力消費量を考慮したり、商用電源の利用が組み合わされ、より複雑な制御がなされる。このような電源４２を使用する場合には、端子Ｔ１およびＴ２に対して充電電力が供給される時に、シャットダウン状態の蓄電システムが充電を開始することが必要となる。

正の電源ラインＬ１および負の電源ラインＬ２の一方、例えば正の電源ラインＬ１に対して充電制御スイッチ２２および放電制御スイッチ２３が挿入される。これらのスイッチとしては、例えばＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
を使用することができる。充電制御スイッチ２２と並列に放電電流に対して順方向にダイオード２２ａが接続される。放電制御スイッチ２３と並列に充電電流に対して順方向にダイオード２３ａが接続される。

充電制御スイッチ２２および放電制御スイッチ２３のそれぞれは、制御部２１によってオンまたはオフされる。すなわち、充電時には、充電制御スイッチ２２がオンし、放電制御スイッチ２３がオフし、充電電流がダイオード２３ａおよび充電制御スイッチ２２を通じて電池部ＢＴの電池に供給される。放電時には、充電制御スイッチ２２がオフし、放電制御スイッチ２３がオンし、放電電流がダイオード２２ａおよび放電制御スイッチ２３を通じて負荷に供給される。なお、充電制御スイッチ２２および放電制御スイッチ２３は、負の電源ラインＬ２に挿入しても良い。

制御部２１に対して電源部としてのＤＣ−ＤＣコンバータ２４から電源電圧が供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２４には、充電制御スイッチ２２と放電制御スイッチ２３の間の電源ラインＬ１から入力電圧が供給される。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４に対しては、電池部ＢＴからの電圧のみならず、端子Ｔ１およびＴ２に接続される電源４２からの電圧も入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２４の−側が制御スイッチ２５を介して負の電源ラインＬ２に接続されている。制御スイッチ２５は、オン状態でＤＣ−ＤＣコンバータ２４が動作し、オフ状態でＤＣ−ＤＣコンバータ２４を非動作とするものである。ＤＣ−ＤＣコンバータ２４は、一例として＋８０Ｖ〜＋４００Ｖの入力電圧から＋１２Ｖの電源電圧を形成し、形成された電源電圧が制御部２１に供給される。

制御スイッチ２５は、制御部２１が出力するスイッチ制御信号Ｓ１によってオフとされる。制御部２１は、電池モニタ１１からの何れかの電池の電圧が設定された下限値に達したことの通知を受けるか、またはＳＯＣが予め設定した値に達したことの通知を受けると、放電制御スイッチ２３をオフにする制御信号を出力する。例えば残存容量が０％に達すると放電制御スイッチ２３がオフされる。この動作によって、電池の過放電が防止される。

さらに、端子Ｔ１およびＴ２間の電圧が制御部２１に対して供給され、この電圧が予め設定した規定値（しきい値）より小さくなると制御部２１が判定すると、電池モニタ１１のスイッチ回路１２をオフにする制御信号と、スイッチ制御信号Ｓ１を出力する。端子Ｔ１および端子Ｔ２間に抵抗２６および可変抵抗２７の直列回路が挿入される。可変抵抗２７の抵抗値は、後述するように、電池部ＢＴの電池の接続数に応じてスイッチ部によって設定される。スイッチ部は、ユーザによって設定される。

抵抗２６および可変抵抗２７の接続点に発生する電圧Ｖｘが制御部２１のＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）ポートに供給され、デジタル信号に変換される。電圧Ｖｘが規定値より小さくなることは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４が制御部２１が動作するのに必要な電源電圧を形成できなくなることを意味する。このような状態まで、端子Ｔ１およびＴ２間の電圧が低下した場合には、スイッチ回路１２をオフし、シャットダウンするようになされる。シャットダウン状態では、電池モニタ１１、制御部２１並びにＤＣ−ＤＣコンバータ２４に対する電流が流れない。

シャットダウン状態において、端子Ｔ１およびＴ２に対して電源４２から充電に必要な電圧が加わると、充電が開始される。端子Ｔ１およびＴ２に対して充電に必要な電圧が加わったことを検出するための比較部として比較器２９が設けられている。抵抗２６および可変抵抗２７の接続点に発生する電圧Ｖｘが比較器２９の正側の入力端子に供給される。比較器２９の正の電源端子には、ツェナーダイオード３０により形成された電源電圧例えば＋１５Ｖが供給され、その負の電源端子が電源ラインＬ２に接続される。ツェナーダイオード３０のアノードが電源ラインＬ２に接続され、そのカソードが抵抗３１を介して電源ラインＬ１に接続される。

さらに、比較器２９に対する電源電圧が抵抗３２および３３によって分圧されることによって、基準電圧Ｖref が形成される。基準電圧Ｖref が比較器２９の負側の入力端子に供給される。比較器２９は、入力される二つの電圧の関係が（Ｖｘ＞Ｖref ）の場合にハイレベルの比較出力を発生し、それ以外の場合でローレベルの比較出力を発生する。比較器２９の比較出力がスイッチ制御信号Ｓ２として制御スイッチ２５に供給される。スイッチ制御信号Ｓ２がハイレベルの時に制御スイッチ２５がオンとされる。

図４および図５を参照して可変抵抗２７一例について説明する。なお、図４においては省略されているが、比較器２９の出力するスイッチ制御信号Ｓ２が図３の構成と同様に、制御スイッチ２５に供給されている。例えば抵抗ｒ１およびスイッチＳ１の直列回路、抵抗ｒ２およびスイッチＳ２の直列回路、抵抗ｒ３およびスイッチＳ３の直列回路、抵抗ｒ４およびスイッチＳ４の直列回路が並列に接続される。スイッチＳ１〜Ｓ４からなるスイッチ部２８は、ユーザの操作によって設定可能な構成とされている。抵抗ｒ１〜ｒ４の関係は、例えば（ｒ１＝４ｒ４，ｒ２＝３ｒ４，ｒ３＝２ｒ４）と設定されている。

図５に示すように、電池部ＢＴの電池モジュール（複数の電池の直列接続からなる）の接続数（１〜１２）に応じてスイッチ部２８が設定され、スイッチ部２８の設定によって、抵抗ｒ１〜ｒ４の接続が決定される。例えば直列接続数が１の場合には、スイッチＳ１のみがオンとされ、可変抵抗２７の合成抵抗がＲ１（＝ｒ１）となる。（Ｖｘ＞Ｖref ）となり、比較器２９の出力がハイレベルとなるために必要なＯＮ電圧Ｖ１が決定される。ＯＮ電圧Ｖ１は、電源４２によって抵抗２６および可変抵抗２７の直列接続に対して印加される電圧である。

例えば直列接続数が７の場合には、スイッチＳ１、Ｓ２およびＳ３がオンとされ、可変抵抗２７の合成抵抗がＲ７（＝ｒ１／ｒ２／ｒ３（／は、並列接続を表す）となる。比較器２９の出力がハイレベルとなるためのＯＮ電圧Ｖ７が決定される。さらに接続ユニット数が１２の場合には、スイッチＳ３およびＳ４がオンとされ、可変抵抗２７の合成抵抗がＲ１２（＝ｒ３／ｒ４）となる。比較器２９の出力がハイレベルとなるためのＯＮ電圧Ｖ１２が決定される。

電池モジュールの直列接続数が多いほど、電池部ＢＴの充電を行うのに必要な充電電圧が高くなるために、可変抵抗２７が設けられている。上述したように、スイッチ部２８の設定によって可変抵抗２７の抵抗値が設定される。すなわち、合成抵抗が（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５＞Ｒ６＞Ｒ７＞Ｒ８＞Ｒ９＞Ｒ１０＞Ｒ１１＞Ｒ１２）の関係とされ、ＯＮ電圧が（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５＜Ｖ６＜Ｖ７＜Ｖ８＜Ｖ９＜Ｖ１０＜Ｖ１１＜Ｖ１２）の関係とされる。例えば直列接続数が最小の１の場合には、ＯＮ電圧Ｖ１が４５Ｖ程度であるのに対して、直列接続数が最大の１２の場合には、ＯＮ電圧Ｖ１２が６７０Ｖ程度となる。

なお、図４においては、省略しているが、可変抵抗２７と並列にツェナーダイオードが接続され、制御部２１のＡ／Ｄポートに供給される電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧以下に抑えられるようになされている。

「シャットダウン動作」
放電を停止し、さらに、制御部２１および電池モニタ１１の電源をオフするシャットダウン動作について図６のフローチャートを参照して説明する。フローチャートに示す動作は、予めＲＯＭ等に格納されているプログラムにしたがって制御部２１の制御によってなされる。

最初のステップＳＴ１において、電池モニタ１１から通信によって、電池部ＢＴの各電池の電圧或いはＳＯＣがインターフェースバスＢＳを介して取得される。取得された電圧或いはＳＯＣが規定値（しきい値）より小さいか否かがステップＳＴ２において判定される。取得された電圧或いはＳＯＣが規定値より小さいと判定されると、放電制御スイッチ２３がオフとされる。これによって放電が停止する。なお、放電時には、充電制御スイッチ２２がオフとされている。

ステップＳＴ４において、端子Ｔ１およびＴ２間の電圧に対応する電圧Ｖｘが制御部２１のＡ／Ｄポートに入力され、その値が監視される。電圧Ｖｘは、電池部ＢＴの電圧のみならず、電源４２からの電圧が入力される場合には、電源４２の電圧も監視している。ステップＳＴ５において、Ａ／Ｄポートに入力された電圧Ｖｘが規定値より小さいか否かが判定される。

電圧Ｖｘが規定値より小さいと判定されると、ステップＳＴ６において、制御部２１によってスイッチ回路１２がオフとされ、電池モニタ１１に対する電源が断たれる。これと共に、スイッチ制御信号Ｓ１によって、制御スイッチ２５がオフとされる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４の動作が停止する。このようにしてシャットダウンがなされる。シャットダウン状態では、電池モニタ１１、制御部２１およびＤＣ−ＤＣコンバータ２４に対する電流が流れず、消費電力が発生しない。

「電源オン動作」
図７を参照してシャットダウン状態から充電を開始する動作の制御について説明する。シャットダウン状態において、端子Ｔ１およびＴ２間に加わる電圧が比較器２９によって監視される（ステップＳＴ１１）。ステップＳＴ１２において、この電圧が規格値より大きいか否かが判定される。電圧が規格値より大きいと、比較器２９がハイレベルの出力を発生する。電池部ＢＴの電池モジュールの直列接続数に応じて可変抵抗２７の抵抗値が可変され、基準電圧Ｖref が一定でも、直列接続数に応じたオン電圧が端子Ｔ１およびＴ２に加わると、比較器２９の出力がハイレベルとなる。

ステップＳＴ１２において、電圧が規格値より大きいと判定されると、ステップＳＴ１３において、比較器２９の出力（スイッチ制御信号Ｓ２）によって制御スイッチ２５がオンとされる。この結果、ステップＳＴ１４において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４の電源がオンとされ、制御部２１に対して電源が供給される。制御部２１の制御によって、充電制御スイッチ２２がオンとされると共に、スイッチ回路１２がオンとされ、電池モニタ１１の電源がオンとされる（ステップＳＴ１５）。そして、ステップＳＴ１６で示すように、電池部ＢＴの電池に対する充電が開始され、電池部ＢＴの電池の電圧およびＳＯＣの監視か開始される。

上述した本願開示によれば、電池の電圧が規定値より小となるか、或いは電池の残容量が０（または極めて小）となると、放電を停止し、さらにシステムの電源が維持できなくなったときシステムの電源を自動的に落としてシャットダウン状態とする。さらに、電池を充電できる電力が入力されると、自動的にシステムの電源を立ち上げ、電池の監視を行う。したがって、電池の過放電による劣化を防ぎ、電池の残量があるときだけシステムの動作を行うことができる。さらに、シャットダウン状態でも、電力の入力を検出して充電を開始することができる。

上述した説明では、蓄電素子として、リチウムイオン二次電池を使用している。しかしながら、リチウムイオン二次電池以外の二次電池を使用しても良い。さらに、二次電池以外の蓄電素子例えば電気二重層キャパシタ (Electric Double Layer Capaciter)を使用しても良い。

本願開示は、上述した蓄電システムに接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。
本願開示は、上述した蓄電システムから、電力の供給を受ける電子機器である。
本願開示は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電システムの充放電制御を行う電力システムである。
本願開示は、上述した蓄電システムから、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電システムに電力を供給する電力システムである。
これらの電子機器および電力システムは、例えば住宅の電力供給システムとして実施される。さらに、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。
さらに、本願開示は、上述した蓄電システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電システムに関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本願開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図８を参照して説明する。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。

住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサー１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。

蓄電装置１０３に対して、上述した本願開示の蓄電システムが適用される。蓄電装置１０３は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。

各種のセンサー１１１は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサー１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。

パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Tranceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。

制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表
示されても良い。

各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサー１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。

以上のように、電力が火力１０２ａ、原子力１０２ｂ、水力１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

「応用例としての車両における蓄電システム」
本願開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図９を参照して説明する。図９に、本願開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。

このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、バッテリー２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。バッテリー２０８に対して、上述した本願開示の蓄電システムが適用される。

ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。バッテリー２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。

エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力をバッテリー２０８に蓄積することが可能である。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力がバッテリー２０８に蓄積される。

バッテリー２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。

図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本願開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本願開示は有効に適用可能である。

ＭＯＤ，ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮ・・・蓄電モジュール
ＩＣＮＴ・・・出力コントローラ
ＢＳ・・・バスインターフェース
ＢＴ・・・電池部
Ｌ１，Ｌ２・・・電源ライン
１１・・・電池モニタ
１２・・・スイッチ回路
２１・・・制御部
２２・・・充電制御スイッチ
２３・・・放電制御スイッチ
２４・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ
２５・・・制御スイッチ
２７・・・可変抵抗
２９・・・比較器
３０・・・ツェナーダイオード
４２・・・電源
４３・・・負荷

Claims (13)

1. 充放電可能な蓄電部と、
   電源および負荷の少なくとも一方が接続される正および負の端子と、
   前記蓄電部の正極側と前記正の端子との間に配される正の電源ラインと、
   前記蓄電部の負極側と前記負の端子との間に配される負の電源ラインと、
   前記正の電源ラインおよび負の電源ラインの一方に対して挿入される放電制御スイッチ素子と、
   前記蓄電部の電圧および容量の少なくとも一方を検出する検出部と、
   前記検出部からの検出情報に基づいて、前記放電制御スイッチ素子を制御する制御部と、
   前記正および負の電源ラインとそれぞれ接続され、前記正および負の端子間の電圧に対応する電圧を前記制御部に対して供給する制御電源部と、
   前記制御部からの指示に従って前記制御電源部をオフとする制御スイッチと、
   を備え、
   前記放電制御スイッチ素子がオンとされる放電時に、前記検出部によって、前記蓄電部の電圧および容量の少なくとも一方が所定値より小と検出されると、前記制御部によって、前記放電制御スイッチ素子がオフとされ、その後、
   前記制御部によって前記検出部の電源をオフとすると共に、前記制御スイッチによって前記制御電源部をオフとして前記蓄電部の放電が停止される蓄電システム。
2. 充放電可能な蓄電部と、
   電源および負荷の少なくとも一方が接続される正および負の端子と、
   前記蓄電部の正極側と前記正の端子との間に配される正の電源ラインと、
   前記蓄電部の負極側と前記負の端子との間に配される負の電源ラインと、
   制御部と、
   前記正および負の電源ラインとそれぞれ接続され、前記正および負の端子間の電圧に対応する電圧を前記制御部に対して供給する制御電源部と、
   前記正および負の端子間の電圧から形成された電源電圧によって動作し、前記正および負の端子間の電圧と対応する電圧が入力され、基準電圧と比較して出力を発生する比較部と、
   前記制御部からの指示に従って前記制御電源部をオフとし、前記比較部からの指示に従って前記制御電源部をオンとする制御スイッチと、
   を備え、
   充電および放電がなされていないオフ時に、前記比較部に入力される前記電圧が前記基準電圧より大となると、前記比較部からの指示に従って前記制御スイッチにより前記制御電源部がオンとされ、
   前記制御部によって前記検出部の電源がオンとされて前記蓄電部の充電が開始される蓄電システム。
3. 充放電可能な蓄電部と、
   電源および負荷の少なくとも一方が接続される正および負の端子と、
   前記蓄電部の正極側と前記正の端子との間に配される正の電源ラインと、
   前記蓄電部の負極側と前記負の端子との間に配される負の電源ラインと、
   前記正の電源ラインおよび負の電源ラインの一方に対して挿入される放電制御スイッチ素子と、
   前記蓄電部の電圧および容量の少なくとも一方を検出する検出部と、
   前記検出部からの検出情報に基づいて、前記放電制御スイッチ素子を制御する制御部と、
   前記正および負の電源ラインとそれぞれ接続され、前記正および負の端子間の電圧に対応する電圧を前記制御部に対して供給する制御電源部と、
   前記正および負の端子間の電圧から形成された電源電圧によって動作し、前記正および負の端子間の電圧と対応する電圧が入力され、基準電圧と比較して出力を発生する比較部と、
   前記制御部からの指示に従って前記制御電源部をオフとし、前記比較部からの指示に従って前記制御電源部をオンとする制御スイッチと、
   を備え、
   前記放電制御スイッチ素子がオンとされる放電時に、前記検出部によって、前記蓄電部の電圧および容量の少なくとも一方が所定値より小と検出されると、前記制御部によって、前記放電制御スイッチ素子がオフとされ、その後、
   前記制御部によって前記検出部の電源をオフとすると共に、前記制御スイッチによって前記制御電源部をオフとして前記蓄電部の放電が停止され、
   充電および放電がなされていないオフ時に、前記比較部に入力される前記電圧が前記基準電圧より大となると、前記比較部からの指示に従って前記制御スイッチにより前記制御電源部がオンとされ、
   前記制御部によって前記検出部の電源がオンとされて前記蓄電部の充電が開始される蓄電システム。
4. 前記放電制御スイッチ素子が挿入されているラインと同一のラインに、充電時にオンとされる充電制御スイッチ素子が挿入されており、
   前記制御電源部に前記充電制御スイッチ素子および前記放電制御スイッチ素子の接続点から入力電圧が供給される請求項３に記載の蓄電システム。
5. 前記制御部によって、前記放電制御スイッチ素子がオフとされた後、前記制御部に入力される前記電圧が所定値より小の場合に、前記検出部の電源オフと前記制御電源部のオフを行う、請求項１、３または４に記載の蓄電システム。
6. 前記蓄電部の蓄電素子の個数が変更可能とされ、前記制御電源部は、前記個数に応じた入力電圧から一定の前記制御部の電源を形成する請求項１〜５の何れかに記載の蓄電システム。
7. 前記蓄電部の蓄電素子の個数が変更可能とされ、前記蓄電素子の個数に応じて前記比較部の入力電圧および基準電圧の一方が切り替えられる請求項２、３または４に記載の蓄電システム。
8. 前記正および負の端子に接続される電源が再生可能エネルギーから発電を行う発電装置である請求項１〜７の何れかに記載の蓄電システム。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の蓄電システムを有し、前記蓄電システムに接続される電子機器に電力を供給する蓄電システム。
10. 請求項１〜８の何れかに記載の蓄電システムから、電力の供給を受ける電子機器。
11. 請求項１〜８の何れかに記載の蓄電システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電システムに関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
12. 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
    前記送受信部が受信した情報に基づき、請求項１〜８の何れかに記載の蓄電システムの充放電制御を行う電力システム。
13. 請求項１〜８の何れかに記載の蓄電システムから、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記蓄電システムに電力を供給する電力システム。

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