JP6008403B2

JP6008403B2 - 蓄電システム、二次電池残量管理方法

Info

Publication number: JP6008403B2
Application number: JP2013525616A
Authority: JP
Inventors: 陽一橋本; 敬章上野
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: EP2733816B1; US9431833B2; JPWO2013011766A1; US20140152267A1; EP2733816A4; WO2013011766A1; EP2733816A1

Description

本発明は、二次電池の残量を管理する技術に関する。

蓄電システムにおいては、リチウムイオン二次電池等である二次電池の充放電は、電池制御部（ＢＭＵ：Battery Management Unit）を介して充放電管理部が制御する。

ところで、蓄電システムにおいては、電池制御部内部に動作異常が発生した場合、動作異常を発生した構成要素をリセットする。例えば、特許文献１には、電力の供給先の機器本体との通信が途絶えた場合、機器本体との通信を行う通信部をリセットする技術が開示されている。また、特許文献１には、二次電池の通常運用中に、二次電池の充放電電流量を積算した積算容量から二次電池の残容量を算出する技術が開示されている。

特開２０１１−１０８４３９号公報

しかし、電池制御部内部に動作異常が発生し、充放電管理部が電池制御部のリセットを行った場合、リセット後の電池制御部は、リセット前の二次電池の積算容量や残容量を正確には把握できない。

そのため、リセット後の充放電時には、電池制御部が算出した二次電池の残量データと実際の充放電量が合わなくなるとの課題があった。

そこで、本発明の目的は、電池制御部内部で発生した動作異常からの復帰などに伴い、電池制御部を再起動した後の充放電時であっても、二次電池の残量データを、より正確な値に近づけることができる蓄電システム、二次電池残量管理方法を提供することにある。

本発明の蓄電システムは、
二次電池と、
前記二次電池の充放電を制御する電池制御部と、
前記電池制御部を介して前記二次電池の充放電を制御する充放電管理部と、を有し、
前記電池制御部は、
前記二次電池を保護する電池保護部と、
前記電池保護部を介して前記二次電池の充放電を制御する電池管理部と、を具備し、
前記電池管理部は、
前記電池保護部に動作異常が発生したか否かを判定する動作異常判定部と、
前記電池保護部に動作異常が発生した場合、該動作異常が発生する直前の前記二次電池の残量を表す残量データを前記充放電管理部に送信する通信部と、を含む。

本発明の二次電池残量管理方法は、
二次電池と、前記二次電池の充放電を制御する電池制御部と、前記電池制御部を介して前記二次電池の充放電を制御する充放電管理部と、を有してなる蓄電システムによる二次電池残量管理方法であって、
前記電池制御部に、
前記二次電池を保護する電池保護部と、
前記電池保護部を介して前記二次電池の充放電を制御する電池管理部と、を具備しておき、
前記電池管理部が、前記電池保護部に動作異常が発生したか否かを判定し、
前記電池保護部に動作異常が発生した場合、該動作異常が発生する直前の前記二次電池の残量を表す残量データを前記充放電管理部に送信する。

本発明によれば、電池制御部の再起動時に、充放電管理部が電池制御部に書き込む、二次電池の残量を表す残量データを、より正確な値に近づけることができるという効果が得られる。

そのため、電池制御部を再起動した後の充放電時であっても、二次電池の残量データを、より正確な値に近づけることができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態の蓄電システムの構成を示すブロック図である。図１に示した電池管理部の構成を示すブロック図である。図１に示した蓄電システムの動作を説明するフローチャートである。本発明の第２の実施形態の蓄電システムの構成を示すブロック図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
（１）第１の実施形態
まず、本実施形態の蓄電システムの構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の蓄電システムは、二次電池１０と、電池制御部２０と、充放電管理部３０と、を有している。

電池制御部２０は、二次電池１０の充放電を制御する。

充放電管理部３０は、電池制御部２０に二次電池１０の充放電を指示する。

具体的には、充放電管理部３０は、二次電池１０の充電時には、商用電源などの不図示の電源からの電力を二次電池１０に供給し、二次電池１０の充電を電池制御部２０に指示する。

また、充放電管理部３０は、二次電池１０の放電時（すなわち、不図示の機器本体への電力の供給元が二次電池１０の時）には、二次電池１０の放電を電池制御部２０に指示し、二次電池１０から放電された電力を機器本体に供給する。

なお、充放電管理部３０は、機器本体への電力の供給元が商用電源の時には、商用電源からの電力を機器本体に供給する。

電池制御部２０は、電池保護部（Ａ−ＢＭＵ：Analog-BMU）２１と、電池管理部（Ｄ−ＢＭＵ：Digital-BMU）２２と、を有している。

電池保護部２１は、過充放電や過電流、異常発熱などの二次電池１０の異常の有無を監視し、異常を検出した場合、二次電池１０の充放電を停止することで二次電池１０を保護する。この異常の有無の監視は、電圧計、クーロンカウンタ、サーミスタなどの不図示のセンサを用いて実現している。また、異常を検出した場合、二次電池１０の充放電経路に設置した不図示の充放電スイッチを遮断して、二次電池１０の充放電を停止している。

電池管理部２２は、電池保護部２１を介して二次電池１０の充放電を制御する。

具体的には、電池管理部２２は、充放電管理部３０からの指示に基づき、二次電池１０の充電または放電を行う。

ここで、電池管理部２２の構成について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、電池管理部２２は、通信部２２１と、データ記憶部２２２と、通信障害検出部２２３と、動作異常判定部２２４と、初期化部となるリセット部２２５と、を有している。

なお、図２においては、電池管理部２２の構成要素のうち本発明の特徴部分となる構成要素のみを抜粋して図示している。また、図２においては、充放電管理部３０と電池管理部２２、電池管理部２２と電池保護部２１の間にそれぞれ不図示の電力線を設けてある。この電力線（不図示）は、電池保護部２１から二次電池１０の間にも設けてある。

通信部２２１は、充放電管理部３０および電池保護部２１との間で通信線を介してデータやコマンドを送受信する。

本実施形態の通信部２２１は、差動のシリアル通信線を有するＲＳ−４８５によってデータやコマンドを送受信しているので、データやコマンドの送受信に対して高いノイズ耐性を有している。また、送受信するデータには、電池保護部２１が検出した二次電池１０の異常を表すアラームビットを含めてある。電池保護部２１は、過充放電や過電流、異常発熱などの二次電池１０の異常の有無を、このアラームビットをオンオフして充放電管理部３０に通知する。また、電池管理部２２と、充放電管理部３０と電池保護部２１それぞれの間には不図示のアラーム信号線を設けてある。前述のアラームビットは、このアラーム信号線によっても充放電管理部３０に通知している。このようにすることで、充放電管理部３０での充放電異常に係る管理の信頼性を高めている。

データ記憶部２２２は、電池保護部２１内の二次電池１０の残量の残量データを記憶する。ここで、二次電池１０の残量データは、電池保護部２１が常時監視している。本実施形態においては、残量データは、二次電池１０の放電電流量を積算した放電積算容量を、二次電池１０の満充電容量から減算することで算出している。

そこで、本実施形態においては、通信部２２１が電池保護部２１から二次電池１０の残量データを常時取得してデータ記憶部２２２に記憶しており、電池保護部２１に動作異常が発生した場合、その直前の残量データはデータ記憶部２２２に記憶されているものとする。

通信障害検出部２２３は、通信部２２１と電池保護部２１の間で発生する通信障害を検出する。なお、通信障害検出部２２３は、通信部２２１と充放電管理部３０との間で発生する通信障害を検出しても良い。

動作異常判定部２２４は、通信障害検出部２２３により通信部２２１と電池保護部２１との間の通信障害が検出された場合、電池保護部２１に動作異常が発生したか否かを判定する。

通信部２２１は、動作異常判定部２２４により電池保護部２１に動作異常が発生したと判定された場合、電池保護部２１に動作異常が発生する直前の残量データをデータ記憶部２２２から読み出し、充放電管理部３０に送信する。

リセット部２２５は、動作異常判定部２２４により電池保護部２１に動作異常が発生したと判定された場合、電池保護部２１のリセットの許可を求めるリセット許可要求を通信部２２１を介して充放電管理部３０に送信する。

そして、リセット部２２５は、充放電管理部３０から、リセットを許可するリセット許可通知を受信した場合、電池保護部２１をリセットして初期化する。この際、リセット部２２５は、充放電管理部３０からのリセット許可通知を通信部２２１を介して受信する。また、リセット部２２５は、リセット信号を電池保護部２１に送信する。

以下、本実施形態の蓄電システムの動作について、図３を参照して説明する。

図３に示すように、通信障害検出部２２３が通信部２２１と電池保護部２１との間の通信障害を検出した場合（ステップＳ１）、動作異常判定部２２４は、接点信号＃１をＬｏｗからＨｉｇｈに変化させる（ステップＳ２）。ここで図３中“Ｙ”は、Ｙｅｓ、“Ｎ”はＮｏを表している。

次に、電池保護部２１は、接点信号＃１がＬｏｗからＨｉｇｈに変化したことを確認し、別の接点信号＃２をＬｏｗからＨｉｇｈに変化させる（ステップＳ３）。

次に、動作異常判定部２２４は、接点信号＃２がＬｏｗからＨｉｇｈに変化したか否かを確認する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、接点信号＃２がＨｉｇｈに変化した場合（ステップＳ４のＹｅｓ）、動作異常判定部２２４は、電池保護部２１が動作していると判定し、通信部２２１の電池保護部２１側の通信ポートを初期化してステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ４において、接点信号＃１をＨｉｇｈに変化させてから一定時間（例えば、Ｘ秒）が経過しても、接点信号＃２がＨｉｇｈに変化しなかった場合（ステップＳ４のＮｏ）、動作異常判定部２２４は、電池保護部２１に動作異常が発生したと判定する。この場合、通信部２２１は、電池保護部２１に動作異常が発生する直前の二次電池１０の残量データをデータ記憶部２２２から読み出し、充放電管理部３０に送信し（ステップＳ６）、また、リセット部２２５は、通信部２２１を介して、電池保護部２１のリセットの許可を求めるリセット許可要求を充放電管理部３０に送信する（ステップＳ７）。

充放電管理部３０は、リセット許可要求に対して、電池保護部２１に動作異常が発生する直前の二次電池１０の残量データを既に受信している場合、または、その残量データを以降に受信した場合は、リセット許可要求に対する応答として、電池保護部２１のリセットを許可するリセット許可通知を電池管理部２２に送信する（ステップＳ８）。

次に、リセット部２２５は、充放電管理部３０からのリセット許可通知が通信部２２１に受信されたか否かを確認する（ステップＳ９）。

ステップＳ９において、リセット許可通知が受信された場合（ステップＳ９のＹｅｓ）、リセット部２２５は、電池保護部２１をリセットする（ステップＳ１０）。

一方、ステップＳ９において、リセット許可通知が受信されない場合も（ステップＳ９のＮｏ）、リセット許可要求を送信してから一定時間（例えば、Ｙ秒）が経過すれば（ステップＳ１１のＹｅｓ）、リセット部２２５は、電池保護部２１をリセットする（ステップＳ１０）。

以上の動作により、充放電管理部３０は、電池保護部２１に動作異常が発生した場合、電池保護部２１をリセットする前に、電池保護部２１に動作異常が発生する直前の二次電池１０の残量データを取得することができる。

そのため、充放電管理部３０は、以降に電池制御部２０を再起動する場合、電池保護部２１に動作異常が発生する直前の二次電池１０の残量データを、電池保護部２１と電池管理部２２の各々に書き込むことができる。

したがって、電池制御部２０に再起動時に書き込む二次電池１０の残量データを、正確な値に近づけることができる。
（２）第２の実施形態
第１の実施形態の蓄電システムは、１個の電池保護部２１が電池管理部２２に接続された構成であった（単並列接続）。

これに対して、本実施形態の蓄電システムは、図４に示すように、互いに並列に接続されたＮ（Ｎは２以上の自然数）個の電池保護部２１−１〜２１−Ｎが電池管理部２２に接続された構成になっている（多並列接続）。なお、電池保護部２１−１〜２１−Ｎは、それぞれ二次電池１０−１〜１０−Ｎを監視し保護する。

本実施形態においては、電池管理部２２が電池保護部２１−１〜２１−Ｎの各々を監視し、電池管理部２２と電池保護部２１−１〜２１−Ｎのいずれかとの間で通信障害が発生した場合は、通信障害が発生した電池保護部２１を対象として図３に示した動作を行う。

また、本実施形態においては、電池管理部２２の構成は、図２に示した各構成要素を電池保護部２１−１〜２１−Ｎ毎に設けた構成としても良いし、図２に示した各構成要素が電池保護部２１−１〜２１−Ｎの全てを管理する構成としても良い。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上記実施形態においては、動作異常が発生した電池保護部２１をリセットしていたが、動作異常が発生した電池保護部２１は、初期化できれば良いため、例えば、リセットの代わりに、電源オフやプリセット等を行っても良い。

また、上記実施形態においては、動作異常判定部２２４および充放電管理部３０は、接点信号＃１，＃２をＬｏｗからＨｉｇｈに変化させていたが、接点信号＃１，＃２は、状態を変化させれば良いため、例えば、逆にＨｉｇｈからＬｏｗに変化させても良い。

また、上記実施形態においては、通信部２２１は、電池保護部２１から二次電池の残量データを常時取得してデータ記憶部２２２に記憶し、電池保護部２１に動作異常が発生する直前の二次電池の残量データをデータ記憶部２２２から読み出していたが、本発明はこれに限定されない。

例えば、通信部２２１は、一定期間毎に、電池保護部２１から二次電池の残量データを取得してデータ記憶部２２２に記憶し、電池保護部２１に動作異常が発生した場合、一番最後にデータ記憶部２２２に記憶させた直近の二次電池の残量データを読み出し、直近の二次電池の残量データと以降に監視した二次電池の電流値とを基に、電池保護部２１に動作異常が発生する直前の二次電池の残量データを算出しても良い。この場合も、電池制御部２０に再起動時に書き込む二次電池の残量データを正確な値に近づけることができ、本発明の効果が得られる。

本出願は、２０１１年７月１５日に出願された日本出願特願２０１１−１５６８５０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

二次電池と、
前記二次電池の充放電を制御する電池制御部と、
前記電池制御部を介して前記二次電池の充放電を制御する充放電管理部と、を有し、
前記電池制御部は、
前記二次電池を保護する電池保護部と、
前記電池保護部を介して前記二次電池の充放電を制御する電池管理部と、を具備し、
前記電池管理部は、
前記電池保護部に動作異常が発生したか否かを判定する動作異常判定部と、
前記電池保護部に動作異常が発生した場合、該動作異常が発生する直前の前記二次電池の残量を表す残量データを前記充放電管理部に送信する通信部と、を含む、蓄電システム。
前記電池管理部は、
前記電池保護部に動作異常が発生した場合、前記電池保護部の初期化の許可を求める許可要求を前記通信部を介して前記充放電管理部に送信し、前記充放電管理部から初期化を許可する許可通知を前記通信部にて受信した場合、前記電池保護部を初期化する初期化部をさらに含む、請求項１に記載の蓄電システム。
前記初期化部は、
前記許可要求を送信してから、前記許可通知を受信せずに一定時間が経過した場合も、前記電池保護部を初期化する、請求項２に記載の蓄電システム。
前記充放電管理部は、
前記通信部から前記残量データを受信している場合、前記許可要求に対して、前記許可通知を送信する、請求項２または３に記載の蓄電システム。
前記電池管理部は、
前記電池管理部と前記電池保護部との間に発生する通信障害を検出する通信障害検出部を含み、
前記動作異常判定部は、
前記通信障害が発生した場合、前記電池管理部と前記電池保護部との間の第１の接点信号の状態を変化させ、
前記第１の接点信号の状態を変化させてから一定時間が経過した後も、前記電池管理部と前記電池保護部との間の第２の接点信号の状態が変化しない場合、前記電池保護部に動作異常が発生したと判定する、請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電システム。
前記電池管理部は、
前記電池保護部に動作異常が発生する直前の前記二次電池の前記残量データを記憶するデータ記憶部をさらに含み、
前記通信部は、
前記電池保護部に動作異常が発生した場合、前記データ記憶部に記憶された前記二次電池の前記残量データを前記充放電管理部に送信する、請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電システム。
二次電池と、前記二次電池の充放電を制御する電池制御部と、前記電池制御部を介して前記二次電池の充放電を制御する充放電管理部と、を有してなる蓄電システムによる二次電池残量管理方法であって、
前記電池制御部に、
前記二次電池を保護する電池保護部と、
前記電池保護部を介して前記二次電池の充放電を制御する電池管理部と、を具備しておき、
前記電池管理部が、前記電池保護部に動作異常が発生したか否かを判定し、
前記電池保護部に動作異常が発生した場合、該動作異常が発生する直前の前記二次電池の残量を表す残量データを前記充放電管理部に送信する、二次電池残量管理方法。