JP2014204656A - 蓄電池管理装置、蓄電池装置および蓄電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給ライン上のスイッチ回路が故障（溶着）するのを抑制することが可能な蓄電池管理装置を提供する。【解決手段】実施形態による蓄電池管理装置は、蓄電池から外部装置への電力供給の制御および管理を行う蓄電池管理装置であって、蓄電池と外部装置との間の電力供給ライン上において互いに直列に接続された複数のスイッチ回路と、複数のスイッチ回路のオンオフを切り替える制御を行う制御部と、複数のスイッチ回路のうち最も外部装置側に配置されたスイッチ回路に並列に接続されたプリチャージ回路とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、蓄電池管理装置、蓄電池装置および蓄電池システムに関する。

従来、蓄電池から外部装置への電力供給の制御および管理を行う蓄電池管理装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記のような従来の蓄電池管理装置は、一般的に、蓄電池と外部装置との間の電力供給ライン上に設けられたコンタクタなどのスイッチ回路のオンオフの切り替えを制御することにより、蓄電池から外部装置への電力供給の制御および管理を行うように構成されている。

特開２００９−２２０９９号公報

しかしながら、上記のような従来の構成では、外部装置と蓄電池装置との間のインターフェース部分におけるノイズなどに起因してチャタリングが発生した場合に、電力供給ライン上のスイッチ回路に過電流が流れ込み、スイッチ回路が故障（溶着）してしまう場合がある。また、外部装置と蓄電池装置との間に電圧差がある場合、過電流が発生し、スイッチ回路が故障（溶着）してしまう場合がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の１つの目的は、電力供給ライン上のスイッチ回路が故障（溶着）するのを抑制することが可能な蓄電池管理装置、蓄電池装置および蓄電池システムを提供することである。

実施形態による蓄電池管理装置は、蓄電池から外部装置への電力供給の制御および管理を行う蓄電池管理装置であって、蓄電池と外部装置との間の電力供給ライン上において互いに直列に接続された複数のスイッチ回路と、複数のスイッチ回路のオンオフを切り替える制御を行う制御部と、複数のスイッチ回路のうち最も外部装置側に配置されたスイッチ回路に並列に接続されたプリチャージ回路とを備える。

図１は、実施形態による蓄電池システムの概略的な構成を示したブロック図である。 図２は、実施形態による蓄電池装置の起動時に実行される処理フローを示したフローチャートである。 図３は、実施形態による蓄電池装置の停止時に実行される処理フローを示したフローチャートである。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１を参照して、実施形態による蓄電池システム１０００の構成について説明する。

図１に示すように、蓄電池システム１０００は、蓄電池装置１００と、蓄電池装置１００に接続された外部装置２００を備える。なお、外部装置２００とは、たとえば携帯通信基地局などの大型設備やフォークリフトなどの移動用車両に用いられる装置である。また、蓄電池装置１００とは、外部装置２００の非常用電源（バックアップ電源）である。

蓄電池装置１００は、バッテリ部１０と、バッテリ部１０に接続されたバッテリ管理部２０とを備える。なお、バッテリ部１０およびバッテリ管理部２０は、それぞれ、「蓄電池」および「蓄電池管理装置」の一例である。バッテリ部１０は、複数（たとえば、６つ）の電池モジュール群１１が互いに並列に接続されることにより構成されている。また、バッテリ管理部２０は、バッテリ部１０から外部装置２００への電力供給の制御および管理を行うように構成されている。

バッテリ部１０の電池モジュール群１１は、互いに異なる２つの電池モジュール１２および１３が互いに直列に接続されることにより構成することもできる。たとえば、電池モジュール１２は、リチウムイオン電池からなる蓄電池セルが２並列１２直列に接続されることにより構成された蓄電池モジュールであり、電池モジュール１３は、リチウムイオン電池からなる蓄電池セルが２並列９直列に接続されることにより構成された蓄電池モジュールである。

電池モジュール１２および１３には、それぞれ、電池モジュール１２および１３の温度を監視する機能などを有するＣＭＵ（Ｃｅｌｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ：蓄電池セル監視ユニット）１４が設けられている。ＣＭＵ１４は、複数の接続ラインＬ１を介して、バッテリ管理部２０の後述するＢＭＵ２１に接続されている。これにより、ＣＭＵ１４は、電池モジュール１２および１３の監視結果などを、複数の接続ラインＬ１を介してＢＭＵ２１に送信するように構成されている。

バッテリ管理部２０は、バッテリ管理部２０の各部の制御を行うＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：蓄電池管理ユニット）２１と、ＢＭＵ２１に電源（直流電源）を供給するＤＣ−ＤＣコンバータ２２と、バッテリ部１０の電池モジュール群１１と外部装置２００との間の電力供給ラインＬ２上に設けられたサービスディスコネクト２３とを含む。なお、ＢＭＵ２１は、「制御部」の一例である。

ＢＭＵ２１は、複数の接続ラインＬ３を介して外部装置２００に接続されている。このＢＭＵ２１は、後述するＤＣリレー２４および２５のオンオフを切り替える制御を行う機能を有する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は、電力供給ラインＬ２に接続されているとともに、複数の接続ラインＬ３のうちの１つに接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ２２は、たとえば、外部装置２００から供給される４８Ｖの直流電力を１２Ｖの直流電力に変換してＢＭＵ２１に供給するように構成されている。また、サービスディスコネクト２３は、外部装置２００側の短絡に起因して過電流が発生した場合に切断されるヒューズを含む。

なお、電力供給ラインＬ２は、各電池モジュール群１１のＰ側（＋側）端子１１ａおよびＮ側（−側）端子１１ｂに対応するように一対設けられており、サービスディスコネクト２３は、Ｐ側の電力供給ラインＬ２上に設けられている。また、バッテリ管理部２０の接続ラインＬ１、電力供給ラインＬ２および接続ラインＬ３に対応する部分には、それぞれ、通信コネクタ２０ａ、端子台２０ｂおよび通信コネクタ２０ｃが設けられている。

ここで、本実施形態では、バッテリ管理部２０は、Ｐ側の電力供給ラインＬ２上において互いに直列に接続された２つのコンタクタ（リレー回路：ＤＣリレー２４および２５）と、２つのＤＣリレー２４および２５のうち外部装置２００側に配置されたＤＣリレー２４に並列に接続されたセメント抵抗などからなる抵抗素子（プリチャージ抵抗２６）とを含む。なお、ＤＣリレー２４および２５は、「スイッチ回路」の一例であるとともに、プリチャージ抵抗２６は、「プリチャージ回路」の一例である。

また、本実施形態では、ＤＣリレー２４および２５は、共に、ＢＭＵ２１に接続されており、ＢＭＵ２１からの制御命令に基づいてオンオフが切り替わるように構成されている。ここで、これらのＤＣリレー２４および２５は、Ｐ側の電力供給ラインＬ２上において互いに直列に接続されているので、バッテリ管理装置２０を構成する制御盤内で互いに近傍の位置に配置することが可能である。これにより、ＤＣリレー２４および２５の取り付け作業およびメンテナンス作業を容易に行うことが可能である。

なお、本実施形態では、バッテリ管理部２０（ＢＭＵ２１）は、バッテリ部１０から外部装置２００への電力供給を開始する場合（蓄電池装置１００の起動時）には、プリチャージ抵抗２６が接続されていない方のＤＣリレー２５をＤＣリレー２４よりも先にオン状態にする制御（後述する図３参照）を行うように構成されている。また、バッテリ管理部２０（ＢＭＵ２１）は、バッテリ部１０から外部装置２００への電力供給を停止する場合（蓄電池装置１００の停止時）には、プリチャージ抵抗２６が接続された方のＤＣリレー２４をＤＣリレー２５よりも先にオフ状態にする制御（後述する図３参照）を行うように構成されている。

次に、図２を参照して、実施形態による蓄電池装置１００の起動時（バッテリ部１０から外部装置２００への電力供給が開始される場合）にＢＭＵ２１により実行される処理フローについて説明する。

この図２に示す処理フローが開始される前においては、蓄電池装置１００が停止しているので、Ｐ側の電力供給ラインＬ２上において互いに直列に接続された２つのＤＣリレー２４および２５がいずれもオフ状態となっている。

図２に示すように、蓄電池装置１００が起動される際には、まず、ステップＳ１において、２つのＤＣリレー２４および２５のうち、プリチャージ抵抗２６が接続されていない方のＤＣリレー２５をオン状態にする処理が実行される。そして、ステップＳ２に進む。

次に、ステップＳ２において、２つのＤＣリレー２４および２５のうち、プリチャージ抵抗２６が接続された方（上記ステップＳ１の処理においてオン状態とならなかった方）のＤＣリレー２４をオン状態にする処理が実行される。そして、処理を終了する。

このようにして、電力供給ラインＬ２上の２つのＤＣリレー２４および２５がいずれもオン状態となるので、電力供給ラインＬ２を介したバッテリ部１０から外部装置２００への電源の供給が開始される。

次に、図３を参照して、実施形態による蓄電池装置１００の停止時（バッテリ部１０から外部装置２００への電力供給が停止される場合）にＢＭＵ２１により実行される処理フローについて説明する。

この図３に示す処理フローが開始される前においては、蓄電池装置１００が起動しているので、Ｐ側の電力供給ラインＬ２上において互いに直列に接続された２つのＤＣリレー２４および２５がいずれもオン状態となっている。

図３に示すように、蓄電池装置１００が停止される際には、まず、ステップＳ１１において、２つのＤＣリレー２４および２５のうち、プリチャージ抵抗２６が接続された方のＤＣリレー２４をオフ状態にする処理が実行される。そして、ステップＳ１２に進む。

次に、ステップＳ１２において、２つのＤＣリレー２４および２５のうち、プリチャージ抵抗２６が接続されていない方（上記ステップＳ１１の処理においてオフ状態とならなかった方）のＤＣリレー２５をオフ状態にする処理が実行される。そして、処理を終了する。

このようにして、電力供給ラインＬ２上の２つのＤＣリレー２４および２５がいずれもオフ状態となるので、電力供給ラインＬ２を介したバッテリ部１０から外部装置２００への電源の供給が停止される。

本実施形態では、上記のように、バッテリ部１０と外部装置２００との間の電力供給ラインＬ２上に、互いに直列に接続された２つのスイッチ回路（ＤＣリレー２４および２５）を設けることによって、電力供給ラインＬ２上にスイッチ回路が１つだけしか設けられていない場合と異なり、冗長化を図ることができる。これにより、外部装置２００と蓄電池装置１００との間のインターフェース部分（たとえば通信コネクタ２０ｃ）におけるノイズなどに起因してチャタリングが発生し、ＤＣリレー２４および２５に過電流が流れ込んだ場合でも、ＤＣリレー２４および２５が故障（溶着）するのを抑制することができる。また、ＤＣリレー２４および２５のうち外部装置２００側に配置されたＤＣリレー２４に、プリチャージ抵抗２６を並列に接続することによって、チャタリングの発生に起因する電圧変動（過電流）をプリチャージ抵抗２６によって吸収することができ、これによっても、ＤＣリレー２４および２５が故障（溶着）するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、バッテリ部１０から外部装置２００への電力供給を開始する場合（蓄電池装置１００の起動時）には、プリチャージ抵抗２６が接続されていない方のＤＣリレー２５をＤＣリレー２４よりも先にオン状態にする制御を行うようにバッテリ管理部２０（ＢＭＵ２１）を構成する。これにより、蓄電池装置１００の起動時にＤＣリレー２５がオン状態になった際にチャタリングが発生したとしても、チャタリングの発生に起因する電圧変動（過電流）を、オフ状態のＤＣリレー２４に並列に接続されたプリチャージ抵抗２６によって確実に吸収することができる。また、外部装置２００と蓄電池装置１００との間に電圧差がある場合、ラッシュ電流が発生するが、ＤＣリレー２５を先にオン状態にすることにより、そのラッシュ電流をプリチャージ抵抗２６によって吸収することができる。その結果、蓄電池装置１００の起動時にＤＣリレー２４および２５が溶着するのを確実に抑制することができるので、蓄電池装置１００を安全に起動することができる。

また、本実施形態では、上記のように、バッテリ部１０から外部装置２００への電力供給を停止する場合（蓄電池装置１００の停止時）には、プリチャージ抵抗２６が接続された方のＤＣリレー２４をＤＣリレー２５よりも先にオフ状態にする制御を行うようにバッテリ管理部２０（ＢＭＵ２１）を構成する。これにより、蓄電池装置１００の停止時にＤＣリレー２４がオフ状態になった際にチャタリングが発生したとしても、チャタリングの発生に起因する電圧変動（過電流）を、オフ状態のＤＣリレー２４に並列に接続されたプリチャージ抵抗２６によって確実に吸収することができる。その結果、蓄電池装置１００の停止時にＤＣリレー２４および２５が溶着するのを確実に抑制することができるので、蓄電池装置１００を安全に停止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力供給ラインＬ２上に設けるスイッチ回路の個数をＤＣリレー２４および２５の２つとすることによって、電力供給ラインＬ２上にスイッチ回路を３個以上設ける場合と異なり、回路構成の簡素化を図ることができる。なお、本実施形態では、電力供給ラインＬ２上にスイッチ回路を３個以上設けてもよい。また、このようにスイッチ回路を複数設ける場合には、顧客要求（バックアップ電源として機能する時間を長くすること）を実現するために、低消費電力のスイッチ回路を用いるのが好ましい。

また、本実施形態では、スイッチ回路の一例としてコンタクタ（リレー回路：ＤＣリレー２４および２５）を用いるとともに、プリチャージ回路の一例として抵抗素子（プリチャージ抵抗２６）を用いることによって、複雑な構成の回路素子を用いることなく、スイッチ回路の故障（溶着）を容易に抑制することが可能な蓄電池装置１００を提供することができる。なお、本実施形態では、スイッチ回路として、リレー回路以外のコンタクタ（たとえば、ＭＣＣＢ：Ｍｏｄｅｌ Ｃａｓｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒなど）を用いることも可能であるとともに、コンタクタ以外のスイッチ回路を用いることも可能である。また、プリチャージ回路として、抵抗素子（プリチャージ抵抗２６）以外のプリチャージ回路（たとえば、コンタクタなど）を用いることも可能である。

また、本実施形態では、バッテリ部１０の電池モジュール１２および１３が、鉛蓄電池に比べて長寿命でかつ交換周期の長いリチウムイオン電池からなる蓄電池セルが用いられることにより構成されているので、長寿命でかつ交換周期の長い蓄電池装置１００を提供することができる。なお、本実施形態では、バッテリ部１０の電池モジュール１２および１３を、鉛蓄電池からなる蓄電池セルを用いて構成することも可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ バッテリ部（蓄電池）
２０ バッテリ管理部（蓄電池管理装置）
２１ ＢＭＵ（制御部）
２４、２５ ＤＣリレー（スイッチ回路、リレー回路）
２６ プリチャージ抵抗（プリチャージ回路、抵抗素子）
１００ 蓄電池装置
２００ 外部装置
１０００ 蓄電池システム
Ｌ２ 電力供給ライン

Claims (7)

1. 蓄電池から外部装置への電力供給の制御および管理を行う蓄電池管理装置であって、
   前記蓄電池と前記外部装置との間の電力供給ライン上において互いに直列に接続された複数のスイッチ回路と、
   前記複数のスイッチ回路のオンオフを切り替える制御を行う制御部と、
   前記複数のスイッチ回路のうち最も前記外部装置側に配置されたスイッチ回路に並列に接続されたプリチャージ回路とを備える、蓄電池管理装置。
2. 前記制御部は、前記蓄電池から前記外部装置への電力供給を開始する場合には、前記プリチャージ回路が並列に接続されたスイッチ回路以外のスイッチ回路を最初にオン状態にする制御を行うように構成されている、請求項１に記載の蓄電池管理装置。
3. 前記制御部は、前記蓄電池から前記外部装置への電力供給を停止する場合には、前記プリチャージ回路が並列に接続されたスイッチ回路を最初にオフ状態にする制御を行うように構成されている、請求項２に記載の蓄電池管理装置。
4. 前記スイッチ回路は、２つ設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電池管理装置。
5. 前記スイッチ回路は、リレー回路を含み、
   前記プリチャージ回路は、抵抗素子を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電池管理装置。
6. 外部装置に電力供給を行うことが可能な蓄電池と、
   前記蓄電池から前記外部装置への電力供給の制御および管理を行う蓄電池管理装置とを備え、
   前記蓄電池管理装置は、
   前記蓄電池と前記外部装置との間の電力供給ライン上において互いに直列に接続された複数のスイッチ回路と、
   前記複数のスイッチ回路のオンオフを切り替える制御を行う制御部と、
   前記複数のスイッチ回路のうち最も外部装置側に配置されたスイッチ回路に並列に接続されたプリチャージ回路とを含む、蓄電池装置。
7. 外部装置と、
   前記外部装置に電力供給を行うことが可能な蓄電池と、前記蓄電池から前記外部装置への電力供給の制御および管理を行う蓄電池管理装置とを含む蓄電池装置とを備え、
   前記蓄電池管理装置は、
   前記蓄電池と前記外部装置との間の電力供給ライン上において互いに直列に接続された複数のスイッチ回路と、
   前記複数のスイッチ回路のオンオフを切り替える制御を行う制御部と、
   前記複数のスイッチ回路のうち最も外部装置側に配置されたスイッチ回路に並列に接続されたプリチャージ回路とを含む、蓄電池システム。

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