JP5910129B2 - 電力貯蔵装置、電力システムおよび電動車両 - Google Patents

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Description

本開示は、電力貯蔵装置、電力システムおよび電力貯蔵装置からの電力を利用する電動車両に関する。
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、電池セルと適宜称する。）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個の電池セルを並列および／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（メインマイクロコントローラユニットと適宜称する）を設ける電力貯蔵装置が知られている。各蓄電モジュールがモジュールコントローラを有し、モジュールコントローラとメインマイクロコントローラユニットとの間で通信路を介して通信する構成とされている。
各蓄電モジュールには、電池セルの状態を監視し、異常を検出するために、監視回路およびマイクロコンピュータ（サブマイクロコントローラユニットと適宜称する）からなるモジュールコントローラが設けられている。監視回路は、各電池セルの電圧を監視し、所定の域値と各電池セルの電圧とをコンパレータによって比較し、正常／異常を示す検出信号（例えば１ビットの検出信号）を出力する。
充電時には、各電池セルの電圧が所定値と比較され、過大電圧（ＯＶと適宜称する）か否かを示す検出信号が生成される。放電時には、各電池セルの電圧が所定値と比較され、過小電圧（ＵＶと適宜称する）か否かを示す検出信号が生成される。充放電時には、電池セルを流れる電流値が所定値と比較され、過大電流（ＯＣと適宜称する）か否かを示す検出信号が生成される。さらに、充放電時には、電池セルのそれぞれの温度が所定値と比較され、過熱状態（ＯＴと適宜称する）か否かを示す検出信号が生成される。
さらに、各電池セルの電圧および電流が各モジュールのサブマイクロコントローラユニットに供給され、複数の電池セルの電圧を均等化させるバランス調整がなされる。上述した監視回路の検出信号が通信路を介してサブマイクロコントローラユニットに供給される。さらに、検出信号がサブマイクロコントローラユニットから通信路を介してメインマイクロコントローラユニットに伝送される。メインマイクロコントローラユニットは、各蓄電モジュールからの検出信号を受け取って、充放電動作を制御する。
例えば、特許文献１には、複数個の電池セルのグループを有する電池モジュールと、電池モジュールに対して接続されたセルコントローラとからなる車両用の直流電源システムが記載されている。特許文献１のセルコントローラは、上述した監視回路と同様の機能を有する集積回路を有している。
特開２００９−０８９４８７号公報
電池システム（直流電源システム）において、各電池セルの状態を正確に検出するために、蓄電モジュール毎の監視回路（特許文献１におけるセルコントローラの集積回路）が正常に動作していることが必要である。監視回路が異常となる場合には、メインマイクロコントローラユニットが電池セルの状態を正確に把握することができず、充放電を正しく制御することができない。さらに、監視回路とサブマイクロコントローラユニットとの間の通信路、またはサブマイクロコントローラユニットとメインマイクロコントローラユニットとの間の通信路に異常が生じた場合も同様の問題が生じる。
上述した特許文献１に記載のものは、集積回路の異常が発生すると、その集積回路によって制御される電池セルのグループが使用不可能となる問題があった。
したがって、本開示は、監視回路の異常、または通信路の異常が発生しても、電池セルの状態の監視ができなくなる問題を防止した電力貯蔵装置、電力システムおよび電動車両の提供を目的とする。
上述の課題を解決するために、本開示は、複数の蓄電素子と、
複数の蓄電素子の電力ラインを遮断するためのシャットダウンスイッチと、
充電または放電時に、複数の蓄電素子のそれぞれの電圧としきい値とを比較して過大電圧または過小電圧を示す第１の検出信号を形成すると共に、複数の蓄電素子のそれぞれの電圧をデジタル化して多重化した第１の電圧データを形成するＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータと、第１の検出信号および第１の電圧データを第１の通信路を介して制御部に送信し、シャットダウンスイッチの制御信号を制御部から受信するための通信部と、回路が正常か異常かを判定する自己診断回路とを有する第１の監視部と、
充電または放電時に、複数の蓄電素子のそれぞれの電圧としきい値とを比較して過大電圧または過小電圧を示す第２の検出信号を形成すると共に、複数の蓄電素子のそれぞれの電圧をデジタル化して多重化した第２の電圧データを形成するＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータと、第２の検出信号および第２の電圧データを第２の通信路を介して制御部に送信し、シャットダウンスイッチの制御信号を制御部から受信するための通信部とを有する第２の監視部とを備え、
制御部は、第１の監視部および第１の通信路が正常の場合に、第１の検出信号および第１の電圧データを受信し、過大電圧または過小電圧の場合にシャットダウンスイッチの制御信号を送信することによって電力ラインを遮断し、
第１の監視部または第１の通信路が異常の場合に、第２の検出信号および第２の電圧データを受信し、過大電圧または過小電圧の場合にシャットダウンスイッチの制御信号を送信することによって電力ラインを遮断するようにした電力貯蔵装置である。
本開示は、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、上述した電力貯蔵装置の充放電制御を行う電力システムである。
本開示は、上述した電力貯蔵装置から、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、電力貯蔵装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両である。
本開示は、第２の監視部によって、第１の監視部の故障時に、第１の監視部の機能を代替することによって、充放電を継続することができる。
電力貯蔵装置の一例のブロック図である。 電力貯蔵装置におけるコントローラユニットの関係を示すブロック図である。 本開示において蓄電モジュール毎に設けられる制御部の一例のブロック図である。 本開示による自己診断の説明に用いるフローチャートである。 本開示による自己診断の説明に用いるフローチャートである。 本開示において蓄電モジュール毎に設けられる制御部の他の例のブロック図である。 本開示による自己診断の他の例の説明に用いるフローチャートである。 本開示のモジュール間バランス回路を有する蓄電システムの応用例の第１の例のブロック図である。 本開示のモジュール間バランス回路を有する蓄電システムの応用例の第２の例のブロック図である。
以下に説明する実施の形態は、本開示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。しかしながら、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示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。
「電力貯蔵装置」
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。かかる構成を電力貯蔵装置と称する。蓄電素子としては、電池以外にキャパシタ等を使用しても良い。
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の直列接続、または複数の電池セルの並列接続（電池ブロック）の直列接続を含む電池部と、モジュール毎に設けられているモジュールコントローラとを組み合わせた単位である。各モジュールコントローラのサブマイクロコントローラユニットが全体の制御装置であるメインマイクロコントローラユニットと接続され、メインマイクロコントローラユニットが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。
蓄電モジュール毎のモジュールコントローラとメインマイクロコントローラユニットとがバスで接続される。バスとしては、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)、ＣＡＮ(Controller Area Network)、ＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)等が使用される。
各モジュールコントローラのサブマイクロコントローラユニットと、メインマイクロコントローラユニットとが通信を行う。すなわち、各蓄電モジュールの内部状態の情報、すなわち、各電池セルの電圧、モジュール全体の電圧の情報、電流の情報、温度の情報等の電池情報がサブマイクロコントローラユニットからメインマイクロコントローラユニットに伝送され、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。
図１に、電力貯蔵装置の具体的な接続構成の一例を示す。例えば４個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ４が直列に接続される。この場合では、正極端子１（ＶＢ＋）および負極端子２（ＶＢ−）に例えば電力貯蔵装置の全体の出力電圧例えば約２００Ｖが取り出される。各蓄電モジュールには、モジュールコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴ４と複数の電池セルまたは複数の電池ブロックの並列接続が複数接続された電池部ＢＢ１〜ＢＢ４とがそれぞれ含まれている。各モジュールコントローラには、後述するように、集積回路の構成の監視回路とサブコントロールユニットとが含まれている。
モジュールコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴ４がバスを介して接続され、モジュールコントローラＣＮＴ４の通信端子がメインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴに対して接続されている。メインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴに対して、各モジュールコントローラからのモジュール毎の電圧等の電池情報が伝送される。メインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴは、さらに、外部例えばエレクトロニックコントロールユニットとの通信が可能なように通信端子３を有する。
本開示の一実施の形態においては、図２に示すように、複数の蓄電モジュールを制御するために、各蓄電モジュールのサブコントロールユニット（図では、ＳＵＢ ＭＣＵと表記する）がメインマイクロコントローラユニット（図では、ＭＡＩＮ ＭＣＵと表記する）と接続される。さらに、複数のメインマイクロコントローラユニットが最上位のエレクトロニックコントロールユニット（図では、ＥＣＵと表記する）と接続される。エレクトロニックコントロールユニットは、一般的にアナログ機器を制御するユニットを総称するものである。一例として、エレクトロニックコントロールユニットは、自動車（電気自動車またはハイブリッド自動車）に搭載される制御ユニットのことである。
「モジュールコントローラの一例」
図３を参照してモジュールコントローラの構成の一例について説明する。なお、簡単のため、セル間の電圧を均等化するためのセル間バランス調整回路およびモジュール間の電圧を均等化するためのモジュール間バランス調整回路については、省略されている。
電池部の例えばｎ個の電池セルＣ１〜Ｃｎの直列接続が集積回路の構成の監視回路１０に接続される。電池部としては、複数の電池セルの並列接続を直列接続したものを含む構成でも良い。監視回路１０とサブコントロールユニット２０とが通信路２１を介して接続されている。監視回路１０およびサブコントロールユニット２０が各蓄電モジュールのモジュールコントローラ（図１におけるＣＮＴ１〜ＣＮＴ４）を構成する。さらに、サブコントロールユニット２０とメインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴとが通信路２２を介して接続されている。通信路２１および２２としては、有線または無線の通信路を使用できる。図３では省略されているが、通信路２２には、他の蓄電モジュールのモジュールコントローラのサブマイクロコントローラユニットが接続されている。
監視回路１０は、セル電圧マルチプレクサ１１を有する。セル電圧マルチプレクサ１１によって、ｎ個のセルの電圧が時分割多重され、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２において、デジタル信号に変換され、さらに、電圧しきい値と比較される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２は、各電池セルの１４〜１８ビットのデジタル電圧データと、各電池セルの電圧と電圧しきい値との比較結果（例えば１ビットの信号）とを出力する。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２の出力信号が通信ユニット１３に供給される。
電池部（電池セルＣ１〜Ｃｎ）を流れる電流を検出する抵抗２３が電池部と直列に接続されている。抵抗２３の両端の電圧がアンプ２４を介してＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１４に供給される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１４からは、デジタル電流データと、電流値と電流しきい値との比較結果（例えば１ビットの信号）とが出力される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１４の出力信号が通信ユニット１３に供給される。
さらに、各電池セルの温度を検出する温度測定部２５が設けられている。温度測定部２５からの温度情報が温度マルチプレクサ１５に供給される。温度マルチプレクサ１５によって多重化された温度データがＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２に供給される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２は、各電池セルのデジタル温度データと、各電池セルの温度と温度しきい値との比較結果（例えば１ビットの信号）とを出力する。
図３の構成では、電圧と温度とに関して一つのＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２を設けている。しかしながら、電圧および温度に関して別々にＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２を設けても良い。さらに、監視回路１０には、自己診断回路１６が備えられている。自己診断回路１６は、集積回路試験を行い、監視回路１０内の回路ブロックが正常に動作するか否かを試験する。具体的には、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１４に対して既知の値のテストデータを供給し、これらの回路から所定の出力が得られるか否かによって、回路試験がなされる。すなわち、監視回路１０は、電圧、電流および温度が一定範囲内にあるか否かによって、正常／異常を判定する。
Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２が出力する１ビットの信号は、各電池セルの電圧の正常／異常を示す検出信号である。充電時には、各電池セルの電圧が所定値と比較され、過大電圧ＯＶか否かを示す検出信号が生成される。放電時には、各電池セルの電圧が所定値と比較され、過小電圧ＵＶか否かを示す検出信号が生成される。さらに、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２が出力する別の１ビットの信号は、各電池セルの温度の過熱ＯＴを示す検出信号である。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２が出力する１ビットの信号は、電流の過大ＯＣを示す検出信号である。なお、監視回路１０の内部の温度を監視し、温度の異常を示す検出信号を生成するようにしても良い。
通信ユニット１３が上述した検出信号と電圧値のデータと電流値のデータと温度のデータとを通信路２１を介してサブコントロールユニット２０に伝送する。サブコントロールユニット２０は、受け取った検出信号を使用して、後述するように、監視回路１０の診断処理を行う。監視回路１０が出力する検出信号と診断処理の結果を示すデータとが通信路２２を介してメインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴに対して送信される。なお、電圧値および電流値のデータも通信ユニット１３からサブコントロールユニット２０に対して伝送される。これは、サブコントロールユニット２０がセル間バランス調整、モジュール間バランス調整等のためにこれらの値を使用するためである。
上述した回路ブロックの異常以外に、通信路２１に故障が発生すると、監視回路１０とサブマイクロコントローラユニット２０との通信ができなくなる。さらに、サブマイクロコントローラユニット２０とメインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴとの間の通信路２２に故障が発生すると、サブマイクロコントローラユニット２０とメインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴとの間の通信ができなくなる。これらの通信路２１および２２の故障も、制御処理の不具合を生じる。一例として、通信路２１の故障は、サブマイクロコントローラユニット２０によって検出される。例えば通信ユニット１３とマイクロコントローラユニット２０との間で、常時通信をしており、一定時間経過しても通信ユニット１３からデータが来ない場合に、通信路２１の異常と判定する。他の方法として、サブマイクロコントローラユニット２０から通信ユニット１３にデータを要求し、通信ユニット１３からの応答が無い場合を通信路２１の異常と判定する。
通信路２２の故障は、メインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴによって検出される。通信路２１、２２の故障の判定出力によって、メインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴがシャットダウンスイッチを動作させるためのコントロール信号を発生する。
上述した監視回路１０と同様の構成を有する２次（代替）監視回路１０’が電池セルＣ１〜Ｃｎに対して監視回路１０と並列に接続されている。監視回路１０が集積回路の構成の場合、２次監視回路１０’が外付けの構成とされている。すなわち、２次監視回路１０’は、セル電圧マルチプレクサ１１、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２、通信ユニット１３を有する。自己診断回路１６は、監視回路１０’には、必ずしも設けないで良い。
２次監視回路１０’とサブコントロールユニット２０との間に、２次（代替）通信路２６が設けられている。したがって、監視回路１０の回路ブロックの異常、または通信路の故障が発生した場合、２次監視回路１０’とサブコントロールユニット２０とによって、モジュールコントローラの機能を維持することができる。したがって、当該モジュールコントローラが搭載されている蓄電モジュールの機能が維持される。
さらに、監視回路１０または２次監視回路１０’の出力によって動作されるシャットダウンスイッチ２７が電源ライン上に挿入されている。シャットダウンスイッチ２７を動作させるか否かは、メインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴによって判断され、その判断の結果がサブマイクロコントローラユニット２０を通じて監視回路に伝えられる。シ
ャットダウンスイッチ２７がＯＦＦされると、電源ラインが開放とされ、電源出力が発生しない。この場合、シャットダウンスイッチ２７を蓄電モジュール毎に設けて、蓄電モジュール単位で電源を出力しない構成と、一つの蓄電モジュールのシャットダウンスイッチがＯＦＦとなると、全蓄電モジュールの出力が発生しない構成との何れを採用しても良い。
「制御処理の流れ」
上述したモジュールコントローラ（監視回路１０、１０’およびサブマイクロコントローラユニット２０）による制御処理の流れについて、図４および図５を参照して説明する。メインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴおよびエレクトロニックコントロールユニットの制御もモジュールコントローラの制御と関連してなされる。なお、一連の流れのフローチャートを、作図スペースの制約上、図４および図５に分割して示す。
ステップＳ１にて充放電（充電または放電）動作が開始されると、ステップＳ２において、監視回路１０が動作を開始する。次に、ステップＳ３において、監視回路１０が自己診断モードとなる。すなわち、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１４、通信路２１および２２に関して正常か否かの診断を自己診断回路１６が行う。
ステップＳ３の診断結果が正常（図では、ＯＫと表記する。以下同様）であれば、処理がステップＳ４に移り、ステップＳ４において、監視回路１０が各電池セルの電圧、電池部の電流、各電池セルの温度の監視動作を開始する。ステップＳ３の診断結果が異常（図では、ＮＧと表記する。以下同様）であれば、処理がステップＳ５を介してステップＳ２に戻る。ステップＳ５では、監視回路１０が最終的に異常であることをサブマイクロコントローラユニット２０が判定する。
起動直後の自己診断の結果が異常の場合、再度自己診断モードとなる。所定回数、自己診断結果が異常の場合には、最終的に監視回路１０が異常と判定され、図４では、省略されているが、２次監視回路１０’による監視動作に切り替えられる。自己診断を複数回、行うのは、サブマイクロコントローラユニット２０が監視回路１０の異常を確実に判定するためである。例えば複数回のリトライの結果、異常の結果が所定回数以上の場合に、監視回路１０が異常と判定される。通信プログラムのバグ、タイミング制御等に起因して、回路自身は正常であっても、異常の判定結果が発生することがあるので、リトライ処理は、判定の確実性を増す上で有効である。
充放電動作の開始直後には、必ず、自己診断がなされ、その後は、監視回路１０に問題が発生する時にのみ、自己診断がなされる。ステップＳ３の自己診断の結果が正常の場合に、ステップＳ４において、監視回路１０による監視動作が開始する。充放電動作は、継続される。
ステップＳ６では、監視回路１０の回路の異常、または通信路の異常が生じたか否かが判定される。これらの異常が発生していないと判定されると、後述する図５中のステップＳ９へ処理が移行する。これらの異常が発生すると、ステップＳ７で自己診断モードとなる。ステップＳ７の後の処理は、図５に書かれている。図４のＡ、Ｂ、Ｃの符号が図５のＡ、Ｂ、Ｃの符号とつながる。
ステップＳ７の自己診断は、上述したように、複数回のリトライ処理を含む。ステップＳ７の判定結果としては、正常（Ａの参照符号）、異常（Ｃの参照符号）、並びに自己診断処理中にＯＶ（過電圧）、ＵＶ（過小電圧）、ＯＣ（過電流）またはＯＴ（過熱）を示す検出信号が発生する場合（Ｂの参照符号）とがある。
ステップＳ７の自己診断の結果が正常（Ａの参照符号）の場合には、図５のステップＳ８に示すように、監視回路１０が通常の監視動作を行う。ＯＶ／ＵＶ／ＯＣ／ＯＴの全てが検出されない場合には、ステップＳ９の処理（充放電の継続、電力ラインＯＮ）がなされる。
監視回路１０が監視動作を行うステップＳ８において、ＯＶ／ＵＶ／ＯＣ／ＯＴの何れかが検出される場合には、ステップＳ１０において、メイン通信路２１を介して検出信号がサブマイクロコントローラユニット２０に伝送される。
検出信号を受け取ったサブマイクロコントローラユニット２０がステップＳ１１において、判定処理を行い、状態を判定する。
充放電の継続中であっても、ステップＳ１２に示すように、監視回路１０のＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータによって、監視動作が常時行われており、ＯＶ／ＵＶ／ＯＣ／ＯＴが不検出の場合には、ステップＳ９に処理が戻る。ＯＶ／ＵＶ／ＯＣ／ＯＴが検出されると、ステップＳ１３において、メイン通信路２１を介して検出信号がサブマイクロコントローラユニット２０に伝送される。検出信号を受け取ったサブマイクロコントローラユニット２０がステップＳ１１において、判定処理を行い、状態を判定する。
ステップＳ７の自己診断の結果が異常（Ｃの参照符号）の場合には、図５のステップＳ１４およびステップＳ１５に示すように、監視動作を行う。ステップＳ１４およびステップＳ１５によって、異常が検出されない場合には、ステップＳ９の処理（充放電の継続、電力ラインＯＮ）がなされる。
ステップＳ１４において、２次監視回路１０’によってＯＶ／ＵＶの何れかが検出される場合には、ステップＳ１６’において、２次通信路２６を介して検出信号がサブマイクロコントローラユニット２０に伝送される。ステップＳ１５によって、監視回路１０によってＯＶ／ＵＶ／ＯＣ／ＯＴの何れかが検出される場合には、ステップＳ１６において、メイン通信路２１を介して検出信号がサブマイクロコントローラユニット２０に伝送される。検出信号を受け取ったサブマイクロコントローラユニット２０がステップＳ１１において、判定処理を行い、状態を判定する。
充放電の継続中であっても、ステップＳ１７に示すように、２次監視回路１０’のＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータによって、監視動作が常時行われており、ＯＶ／ＵＶが不検出の場合には、ステップＳ９に処理が戻る。ＯＶ／ＵＶが検出されると、ステップＳ１８において、２次通信路２６を介して検出信号がサブマイクロコントローラユニット２０に伝送される。検出信号を受け取ったサブマイクロコントローラユニット２０がステップＳ１１において、判定処理を行い、状態を判定する。
サブマイクロコントローラユニット２０と通信路２２を介してメインマイクロコントローラユニットＩＣＮＴが接続され、ステップＳ１９において、メインマイクロコントローラユニットの判定処理がなされる。さらに、最上位のエレクトロニックコントロールユニットの判定処理がステップＳ２０においてなされる。
監視回路１０または２次監視回路１０’の自己診断の結果が正常であって、これらから、ＯＶ／ＵＶ／ＯＣ／ＯＴを示す検出信号を受け取った場合には、ステップＳ２１において、充放電の停止と、電力ラインのＯＦＦがなされる。電力ラインのＯＦＦは、シャットダウンスイッチ２７によってなされる。
自己診断処理中にＯＶ（過電圧）、ＵＶ（過小電圧）、ＯＣ（過電流）またはＯＴ（過熱）を示す検出信号が発生する場合（Ｂの参照符号）では、処理がステップＳ１４およびステップＳ１５（図５）に移る。すなわち、ステップＳ７の自己診断の結果が異常（Ｃの参照符号）の場合と同様の処理がなされる。
上述したように、本開示の一実施の形態では、監視回路１０または通信路に異常が生じた場合でも、２次監視回路１０’によって監視を行い、２次通信路２６を通じて通信を行うように切り替えることができ、充放電を継続することができる。さらに、動作開始時に複数回の自己診断をリトライするので、自己診断を確実に行うことができる。
「モジュールコントローラの他の例」
上述したモジュールコントローラの一例では、図３に示すように、２次（代替）監視回路１０’が電池セルＣ１〜Ｃｎに対して監視回路１０と並列に接続されており、電池セルＣ１〜Ｃｎの電圧を監視するようになされている。図６に示すように、監視回路１０と同様に、セル電圧マルチプレクサ１１’、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２’、通信ユニット１３’、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１４’、温度マルチプレクサ１５’を有する２次監視回路１０’を設けても良い。
２次監視回路１０’とサブコントロールユニット２０との間に、２次（代替）通信路２６が設けられている。したがって、監視回路１０の回路ブロックの異常、または通信路の故障が発生した場合、２次監視回路１０’とサブコントロールユニット２０とによって、モジュールコントローラの機能を維持することができる。したがって、当該モジュールコントローラが搭載されている蓄電モジュールの機能が維持される。
このような２次監視回路１０’を使用する場合も上述したの同様の制御がなされる。図７は、制御の処理の後半（図５と対応）を示している。図４と対応する制御は、同一の処理のため、図示を省略する。２次監視回路１０’が電圧のみならず、電流および温度の異常も監視しているので、図７において、ステップＳ１４’およびＳ１７’で示すように、電圧の異常（ＯＶおよびＵＶ）に加えて、電流の異常（ＯＣ）および温度の異常（ＯＴ）を２次監視回路１０’が監視するようにしている。他の処理は、図５と同様のため、その説明を省略する。
「応用例としての住宅における電力貯蔵装置」
本開示を住宅用の電力貯蔵装置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用の電力貯蔵装置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電力貯蔵装置を使用できる。
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、上述した本開示のバッテリユニットが適用される。蓄電装置１０３は、二次電池、また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-Transceiver: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（登録商標）、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（登録商標）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、電力貯蔵装置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電力貯蔵装置」
本開示を車両用の電力貯蔵装置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、あるいはそれを電池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、電池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。電池２０８に対して、上述した本開示のバッテリユニットが適用される。
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。電池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電池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電池２０８に蓄積される。
電池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、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容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、或いはそれを電池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開示は有効に適用可能である。
「変形例」
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本開示の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
ＭＯＤ，ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮ・・・蓄電モジュール
ＩＣＮＴ・・・メインマイクロコントローラユニット
ＣＮＴ・・・各蓄電モジュールのコントローラ
ＢＢ１〜ＢＢｎ・・・電池部
１０・・・監視回路
１０’・・・２次監視回路
１２，１４・・・Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ
１３・・・通信ユニット
１６・・・自己診断回路
２０・・・サブマイクロコントローラユニット
２１，２２・・・通信路
２６・・・２次通信路
２７・・・シャットダウンスイッチ

Claims (8)

  1. 複数の蓄電素子と、
    前記複数の蓄電素子の電力ラインを遮断するためのシャットダウンスイッチと、
    充電または放電時に、前記複数の蓄電素子のそれぞれの電圧としきい値とを比較して過大電圧または過小電圧を示す第１の検出信号を形成すると共に、前記複数の蓄電素子のそれぞれの電圧をデジタル化して多重化した第１の電圧データを形成するＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータと、前記第１の検出信号および前記第１の電圧データを第１の通信路を介して制御部に送信し、前記シャットダウンスイッチの制御信号を前記制御部から受信するための通信部と、回路が正常か異常かを判定する自己診断回路とを有する第１の監視部と、
    充電または放電時に、前記複数の蓄電素子のそれぞれの電圧としきい値とを比較して過大電圧または過小電圧を示す第２の検出信号を形成すると共に、前記複数の蓄電素子のそれぞれの電圧をデジタル化して多重化した第２の電圧データを形成するＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータと、前記第２の検出信号および前記第２の電圧データを第２の通信路を介して制御部に送信し、前記シャットダウンスイッチの制御信号を前記制御部から受信するための通信部とを有する第２の監視部とを備え、
    前記制御部は、前記第１の監視部および前記第１の通信路が正常の場合に、前記第１の検出信号および前記第１の電圧データを受信し、過大電圧または過小電圧の場合に前記シャットダウンスイッチの制御信号を送信することによって前記電力ラインを遮断し、
    前記第１の監視部または前記第１の通信路が異常の場合に、前記第２の検出信号および前記第２の電圧データを受信し、過大電圧または過小電圧の場合に前記シャットダウンスイッチの制御信号を送信することによって前記電力ラインを遮断するようにした電力貯蔵装置。
  2. 前記第１の監視部が電圧、温度、電流の何れかが所定の範囲内でない場合に、前記第１の監視部が異常と判定する請求項１に記載の電力貯蔵装置。
  3. 前記第１の監視部からの前記第１の検出信号および前記第１の電圧データを前記制御部が所定時間受信できない場合を前記第１の通信路の異常と判定する請求項１または２に記載の電力貯蔵装置。
  4. 前記制御部が前記第１の監視部に対してデータを要求し、要求に対して応答がない場合を前記第１の通信路の異常と判定する請求項１または２に記載の電力貯蔵装置。
  5. 充電または放電開始時に、前記第１の監視部の自己診断を行い、該自己診断の結果が異常の場合に、複数回のリトライを行う請求項１から４の何れかに記載の電力貯蔵装置。
  6. 前記第１および第２の監視部は、前記複数の蓄電素子の温度をしきい値と比較して過熱を示す検出信号を形成する請求項１から５の何れかに記載の電力貯蔵装置。
  7. 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に記載の電力貯蔵装置の充放電制御を行う電力システム。
  8. 請求項１に記載の電力貯蔵装置から、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、前記電力貯蔵装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両。
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