JP2021083260A - 蓄電池中継器 - Google Patents

Abstract

【課題】上位装置を変更することなく蓄電池モジュールの選択肢を広げる蓄電池中継器を提供する。
【解決手段】蓄電池ブロック２は、蓄電池ブロックを構成する複数の直列接続された蓄電池モジュールの電圧・温度を管理する蓄電池管理装置３を有する。蓄電池中継器１は、蓄電池管理装置と通信する下位通信ＩＦ１１と、蓄電池管理装置から入手した電圧・温度情報が異常値を示していないか判断する中継器ＣＰＵ１５と、入手した電圧・温度情報に加えて判断結果を上位装置４に通知する上位通信ＩＦ１２とを有する。下位通信ＩＦは、異なる３つの通信ＩＦを具備し、何れかの下位通信ＩＦが使用されて接続された蓄電池管理装置と通信を実施する。上位通信ＩＦは、固定された通信方式で上位装置に通知する。蓄電池モジュールの交換に伴い、蓄電池管理装置の通信方式が下位通信ＩＦが具備する他の通信方式に変更された場合、使用する通信ＩＦを変更して通信を継続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の蓄電池モジュールで構成される蓄電池ブロックの情報を上位装置に伝達する蓄電池中継器に関する。

蓄電池であるリチウムイオン電池は、蓄電池を保護するために電圧や温度を監視する蓄電池管理装置としてのＢＭＳ（Battery Management System ）の管理下で動作するよう構成されている。そのため、複数のセルから成る蓄電池モジュールに内蔵或いは外付けでＢＭＳを備えている（例えば、特許文献１参照）。
一方で、高電圧出力の要求に対応するよう、蓄電池モジュールを直列接続して高電圧出力としたものが普及している。例えば、特許文献２には、直列接続された蓄電池モジュールから成る蓄電池ブロックにＢＭＳ（電池調整部）を設け、更に複数の電池調整部を制御する制御部を設けて、個々の蓄電池モジュールの電圧調整を実施して高電圧の出力を可能とする技術が開示されている。

特開２０１９−９９４３号公報 特許第５３１７２４５号公報

高電圧出力を実現する複数の蓄電池モジュールから成る蓄電池ブロックは、劣化等から一部或いは全体の蓄電池モジュールを交換したい場合がある。しかし、メーカーが異なる蓄電池モジュールはＢＭＳの通信方式が異るため、上位装置と通信ができない場合が発生した。そのため、交換する蓄電池モジュールは限られた。
逆に、蓄電池モジュールの交換によりＢＭＳの通信方式が変更された場合、通信する上位装置を交換する場合もあった。また、ＢＭＳが内蔵されていない蓄電池モジュールがあり、その場合は別途ＢＭＳに対応する装置を組み付けて蓄電池ブロックを構成していた。

一方で、電気自動車の普及に伴い中古電池も多く市場に出回るため、蓄電池のリユースが注目されている。しかしながら、ＢＭＳを内蔵した蓄電池モジュールは、上述したようにメーカーにより通信方式が異なるため、異なるメーカーのものに交換するのは難しかった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、上位装置を変更することなく蓄電池モジュールの選択肢を広げることができる蓄電池中継器を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、複数の蓄電池モジュールが直列接続されて成る蓄電池ブロックの電圧・温度情報を中継する蓄電池中継器であって、個々の蓄電池モジュールに組み付けられて、当該蓄電池モジュールの電圧・温度を管理する蓄電池管理装置と通信線を介して通信する下位通信部と、蓄電池管理装置から入手した電圧・温度情報が異常値を示していないか判断する判断部と、入手した電圧・温度情報に加えて、判断部の判断結果を外部に通知する上位通信部とを有し、下位通信部は、ＲＳ−４８５，Ｅthernet（登録商標），ＣＡＮ，ＳＰＩの通信方式に対応する通信インターフェースのうち、少なくとも２種類の通信インターフェースを具備し、何れかの通信インターフェースが使用されて、接続された蓄電池管理装置と通信を実施すると共に、上位通信部は、固定された通信方式で外部に通知し、蓄電池モジュールの交換に伴い、蓄電池管理装置の通信方式が下位通信部が具備する他の通信方式に変更されたら、使用する通信インターフェースを変更することで通信の継続を可能とすることを特徴とする。
この構成によれば、蓄電池モジュールに組み付けられている蓄電池管理装置と通信する通信方式が変更されても、下位通信部の通信インターフェースを変更して対応できるため、通信方式が異なる蓄電池モジュールに交換することが可能であり、交換する蓄電池モジュールの選択肢が広がる。
そして、蓄電池モジュールとの通信方式が変更されても、上位通信部の通信方式は変更されないため、通信先の機器に対して引き続き通知できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、蓄電池管理装置が蓄電池モジュールが内蔵するＢＭＳであり、判断部は、ＢＭＳから蓄電池モジュールの電圧・温度情報を入手することを特徴とする。
この構成によれば、蓄電池管理装置を別途用意する必要がない。

本発明によれば、蓄電池モジュールと通信する通信方式が変更されても、下位通信部の通信インターフェースを変更して対応できるため、通信方式が異なる蓄電池モジュールに交換することが可能であり、交換する蓄電池モジュールの選択肢が広がる。
そして、蓄電池モジュールとの通信方式が変更されても、上位通信部の通信方式は変更されないため、通信先の機器に対して引き続き通知できる。

蓄電池中継器の一例を示すブロック図である。 蓄電池中継器の使用形態を示す蓄電池システムの図である。 蓄電池管理装置の回路ブロック図である。 蓄電池システムの他の形態を示す図である。 蓄電池システムの他の形態を示す図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る蓄電池中継器の一例を示すブロック図、図２はこの蓄電池中継器の使用形態を示す蓄電池システムを示し、負荷に対して蓄電池の直流電力を供給するシステムを示している。
蓄電池中継器１は図１に示すように、蓄電池ブロック２が具備している複数の蓄電池管理装置３と通信するための下位通信部（下位通信ＩＦ）１１を複数（第１下位通信ＩＦ１１ａ、第２下位通信ＩＦ１１ｂ、第３下位通信ＩＦ１１ｃ）備えている。また、上位装置４と通信する上位通信部（上位通信ＩＦ）１２、通信方式の設定を記憶するメモリ部１３、モード切替部１４、蓄電池中継器１を制御する中継器ＣＰＵ１５等を備えている。

中継器ＣＰＵ１５は、蓄電池管理装置３から蓄電池の電圧・温度情報を入手し、入手した情報を上位通信ＩＦ１２から上位装置４に通知する。また、第１下位通信ＩＦ１１ａはＲＳ−４８５、第２下位通信ＩＦ１１ｂはＳＰＩ、第３下位通信ＩＦ１１ｃはＥthernet（登録商標）のインターフェースとなっている。また、上位通信ＩＦは例えばＲＳ−４８５である。

そして、図２に示すように、蓄電池ブロック２は複数の蓄電池モジュール６が直列接続されて構成されており、この蓄電池ブロック２が負荷２０に直流電力を供給する直流電圧バス５に接続されている。直流電圧バス５には、出力を制御する図示しないＤＣ／ＤＣコンバータ等を内蔵した上位装置４が接続されており、この上位装置４に蓄電池中継器１から蓄電池ブロック２の情報が送信される。

尚、１つの蓄電池ブロック２を構成する個々の蓄電池モジュール６は同一の通信インターフェースであり、蓄電池管理装置３同士はデイジーチェーン接続されている。蓄電池中継器１は、蓄電池ブロック２（のモジュール６の蓄電池管理装置３）と通信線Ｌ１で接続されている。

図３は蓄電池管理装置３の回路ブロック図を示している。蓄電池管理装置３は、蓄電池ブロック２を構成する蓄電池モジュール６の電圧・温度を管理する装置であり、図３に示すように、接続した蓄電池モジュール６の温度を検知する温度センサ３１、セルの端子等の電圧を検出する電圧センサ３２、蓄電池モジュールを制御する制御出力部３３、蓄電池管理装置３を制御する管理装置ＣＰＵ３４、上位装置（ここでは蓄電池中継器１）と通信する管理装置通信ＩＦ３５、蓄電池モジュール６を制御する制御出力部３６等を備えている。

蓄電池管理装置３の通信方式がＲＳ−４８５であれば、図１に示すように第１下位通信ＩＦ１１ａが使用されて通信線Ｌ１が接続される。そして管理装置ＣＰＵ３４は、電圧・温度情報を入手して蓄電池中継器１に送信する一方、管理装置通信ＩＦ３５を介して上位装置から送信された制御信号により蓄電池モジュール６を制御する。
尚、第１下位通信ＩＦ１１ａを使用する際にモード切替部１４が操作されて、通信方式をＲＳ−４８５のインターフェースモードへ切り替えが行われる。

中継器ＣＰＵ１５は、通信線Ｌ１を介して個々の蓄電池モジュール６の電圧・温度情報を収集し、それぞれの蓄電池モジュール６の状態を判断して出力する。その際、個々の蓄電池モジュール６が規定の電圧を出力しているか、また所定の温度以下で動作しているか監視し、電圧が規定値を下回ったり、温度が閾値を超えたら、電圧・温度情報と共に上位装置４に異常発生を通知する。

上位装置４は、蓄電池中継器１の情報を受けて、内蔵しているＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、負荷２０へ供給する電力を制御する。また、蓄電池ブロック２を制御する制御信号を蓄電池中継器１に出力する。

このように動作するシステムにおいて、蓄電池モジュール６の劣化、或いは高機能化等のために蓄電池モジュール６を交換する場合、新たな蓄電池モジュール６はそれまでの蓄電池モジュール６と蓄電池管理装置３の通信方式が異なっても良い。
新たに接続される蓄電池モジュール６の通信方式が例えばＳＰＩである場合は、第２下位通信ＩＦ１１ｂが使用され、モード切替部１４で切替操作が成される。尚、通信方式が異なる蓄電池モジュール６に交換される場合は、蓄電池ブロック２の通信方式を共通にするために、全ての蓄電池モジュール６（少なくとも蓄電池管理装置３）が交換される。

このように、蓄電池モジュール６と通信する通信方式が変更されても、下位通信ＩＦ１１の通信インターフェースを変更して対応できるため、通信方式が異なる蓄電池モジュール６に交換することが可能であり、交換する蓄電池モジュール６の選択肢が広がる。
そして、蓄電池モジュール６との通信方式が変更されても、上位通信ＩＦ１２の通信方式は変更されないため、通信先の上位装置４とは引き続き通信でき、蓄電池モジュール６からの信号を中継できる。

図４は、蓄電池中継器１を使用した蓄電池システムの他の形態を示している。上記図２のシステムとは、個々の蓄電池モジュール６がＢＭＳ３ａを内蔵している点が相違している。
ＢＭＳ３ａを内蔵している蓄電池モジュール６の場合は、ＢＭＳ３ａが蓄電池管理装置３としての機能を備えているため、ＢＭＳ３ａを蓄電池管理装置３として使用できる。
尚、ＢＭＳ３ａは基より蓄電池モジュール６の電圧情報及び温度情報を上位装置４に送信し、上位装置４から受信した制御信号に応じて蓄電池モジュール６を制御する機能を備えている。また、ＢＭＳ３ａの通信方式は、例えばＲＳ−４８５である。
このように、ＢＭＳ３ａが内蔵されている蓄電池モジュール６は、ＢＭＳ３ａを蓄電池管理装置３として使用できるため、別途用意する必要がない。そして、蓄電池モジュール６を交換する場合、ＢＭＳ３ａの通信形態が異なっている蓄電池モジュールであっても、上記実施形態と同様に下位通信ＩＦ１１を変更することで対応できる。

図５は、蓄電池中継器１を使用した他の蓄電池システムを示し、複数の蓄電池ブロック２が並列に接続されたシステムを示している。図５に示すように、複数の蓄電池ブロック２が並列接続されている場合、蓄電池ブロック２毎に設けられている蓄電池中継器１も複数になる。そして、この状態では１入力の上位装置４との通信ができなくなるが、蓄電池中継器１を統合する統合中継器７を蓄電池中継器１と上位装置４との間に配置することで、引き続き上位装置４と通信を継続できる。

蓄電池ブロック２毎に設けられている蓄電池中継器１の上位通信ＩＦ１２をＨＵＢ等を使用して１出力にすることで、統合中継器７として蓄電池中継器１を使用でき、上位装置４と引き続き通信を実施できる。
このように、蓄電池中継器１は蓄電池システムにおいて広く活用できる。

尚、上記実施形態では、蓄電池中継器１の下位通信ＩＦ１１にＣＡＮの通信ＩＦが無いが、この通信ＩＦを下位通信ＩＦ１１として設けても良い。また、下位通信ＩＦ１１を３種類（３つ）備えているが、２種類のみであっても良いし、更に多く設けても良い。
また、上位装置４は直流電圧バス５上に配置されているが、電力を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ等が上位装置４から独立している場合は、直流電圧バス５から独立して配置される。

１・・蓄電池中継器、２・・蓄電池ブロック、３・・蓄電池管理装置、３ａ・・ＢＭＳ、４・・上位装置、６・・蓄電池モジュール、１１・・下位通信ＩＦ（下位通信部）、１２・・上位通信ＩＦ（上位通信部）、１５・・中継器ＣＰＵ（判断部）、２０・・負荷、Ｌ１・・通信線。

Claims (2)

1. 複数の蓄電池モジュールが直列接続されて成る蓄電池ブロックの電圧・温度情報を中継する蓄電池中継器であって、
   個々の前記蓄電池モジュールに組み付けられて、当該蓄電池モジュールの電圧・温度を管理する蓄電池管理装置と通信線を介して通信する下位通信部と、
   前記蓄電池管理装置から入手した電圧・温度情報が異常値を示していないか判断する判断部と、
   入手した電圧・温度情報に加えて、前記判断部の判断結果を外部に通知する上位通信部とを有し、
   前記下位通信部は、ＲＳ−４８５，Ｅthernet（登録商標），ＣＡＮ，ＳＰＩの通信方式に対応する通信インターフェースのうち、少なくとも２種類の通信インターフェースを具備し、
   何れかの通信インターフェースが使用されて、接続された蓄電池管理装置と通信を実施すると共に、前記上位通信部は、固定された通信方式で外部に通知し、
   前記蓄電池モジュールの交換に伴い、前記蓄電池管理装置の通信方式が前記下位通信部が具備する他の通信方式に変更されたら、使用する前記通信インターフェースを変更することで通信の継続を可能とすることを特徴とする蓄電池中継器。
2. 前記蓄電池管理装置が前記蓄電池モジュールが内蔵するＢＭＳであり、前記判断部は、前記ＢＭＳから蓄電池モジュールの電圧・温度情報を入手することを特徴とする請求項１記載の蓄電池中継器。

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