JP6383954B2 - 蓄電池制御システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池制御システムに関する。

直列に接続される複数の電池モジュールを１つの蓄電池として用いるときに、各電池モジュールの充電状態を示すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が揃っていないと、ＳＯＣが最大の電池モジュールで充電が制限され、ＳＯＣが最小の電池モジュールで放電が制限される。

そこで、特許文献１には、直列に接続される複数の電池モジュールの各ＳＯＣを揃えるセルバランス制御法として、各電池モジュールのそれぞれに対応して抵抗とスイッチング素子を並列に接続し、ＳＯＣの高い電池モジュールを抵抗で放電して他の電池モジュールとＳＯＣを揃えることが従来技術として述べられている。

本発明に関連する技術として、特許文献２には、車両用の電源装置として、走行用バッテリの電圧検出用の第１計測回路と、過放電過充電を検出する第２計測回路と、走行バッテリの電力を用いる高圧側電源と、電装用バッテリの電力を用いる低圧側電源と、第１計測回路と第２計測回路のそれぞれと電装側との間に配置される絶縁回路を備える構成が開示されている。ここで、高圧側電源は第１計測回路及び第２計測回路に電力を供給し、低圧側電源は絶縁回路に電力を供給することが述べられている。

特開２０１４−３９４３４号公報 特開２０１３−７２８１７号公報

電池モジュールの電力を外部の抵抗を介して消費することなく、各電池モジュールの間のＳＯＣのばらつきを抑制することが望まれる。

本発明に係る蓄電池制御システムは、所定の高電圧値を出力する蓄電池部を構成する電池モジュールと制御コントローラを絶縁通信部で接続する蓄電池制御システムであって、電池モジュールは、モジュール電圧値を出力する２次電池、２次電池の電圧値をモジュール側の所定動作電圧値に変換するモジュール側電圧変換器、及びモジュール側の所定動作電圧値で動作するモジュール側回路要素を含み、制御コントローラは、低電圧電源部、低電圧電源部の電圧を制御コントローラ側の所定の動作電圧値に変換するコントローラ側電圧変換器、及び低電圧電源部のコントローラ基準電位点から絶縁されたフローティング基準電位点を有し、制御コントローラと絶縁通信部とを接続するコントローラ側絶縁回路を含み、コントローラ側電圧変換器の出力電力を電池モジュール側に供給する電力供給線を備える。

上記構成によれば、制御コントローラ側から電池モジュール側に電力を供給するので、電池モジュールの内部で消費する電池モジュールの電力を抑制でき、各電池モジュールの間のＳＯＣのばらつきを抑制することができる。

図１は本発明に係る実施の形態における蓄電池制御システムの外観図である。 図２は本発明に係る実施の形態における蓄電池制御システムを構成する各電池モジュールの構成図である。 図３は本発明に係る実施の形態において、１つの電池モジュールと制御コントローラとが接続された状態を示す図である。 図４は複数の電池モジュールの間で２次電池のＳＯＣがばらつくときの課題を示す図である。図４（ａ）は放電時における各電池モジュールの２次電池ＳＯＣの大きさを示す図であり、図４（ｂ）は充電時における各電池モジュールの２次電池ＳＯＣの大きさを示す図である。 図５は従来技術の電池モジュールの構成図である。 図６は本発明に係る実施の形態における蓄電池制御システムの作用効果を従来技術と比較して示す図である。図６（ａ）は、従来技術における電池モジュール内で消費する電力値を斜線で示す図で、図６（ｂ）は、図３の構成における電池モジュール内で消費する電力値を斜線で示す図である。 図７は本発明に係る蓄電池制御システムにおける電池モジュール内の所定のモジュール回路要素への電力供給切替機能を有する回路構成を示す構成図である。 図８は電池モジュール内の所定のモジュール回路要素への電力供給経路を切り替える構成の図７と別の構成例を示す構成図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、電池モジュールを構成する２次電池のタイプとしてリチウムイオン電池を説明するが、これ以外のタイプの２次電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。蓄電池部、電池モジュールとするのは、負荷の必要電力に対応するための電圧値と電流値とを得るためであるので、蓄電池部を構成する電池モジュールの数、電池モジュールを構成する２次電池に含まれる電池セルの数等は、蓄電池制御システムの仕様に応じ適宜なものとできる。また、以下で述べる電圧値等は、説明のための例示であり、蓄電池制御システムの電力仕様等に応じ適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、蓄電池制御システム１０の構成を示す図である。蓄電池制御システム１０は、複数の電池モジュール２０を組み合わせた蓄電池部１２と、制御コントローラ７０とを含み、蓄電池部１２の最適な充放電制御を行うシステムである。

蓄電池部１２は、予め定められた個数の電池モジュール２０を直列接続して構成され、所定の高電圧値を有する電力を出力する蓄電装置である。図１では予め定めた数をＮとし、Ｎ個の電池モジュール２０が正面から見て下側から上側に向かって縦方向に積み上げられ、電池モジュール２０の積層体として蓄電池部１２が構成されることが示される。Ｎ個の電池モジュール２０を区別するため、積層体の下側の低電圧側から上側の高電圧側に向かって、電池モジュール２０（１），２０（２），・・・，２０（Ｎ）とした。

各電池モジュール２０は、蓄電池部１２が出力する高電圧値をＮで除したモジュール電圧値を分担して出力する。一例を上げると、蓄電池部１２が出力する高電圧値を８００Ｖとし、Ｎ＝２０の場合、各電池モジュール２０は、（８００Ｖ／２０）＝４０Ｖのモジュール電圧値を分担して出力する。

制御コントローラ７０は、１つの蓄電池部１２につき１つ設けられ、図１の場合、Ｎ＝２０個の電池モジュール２０に対し１つ設けられる。

図２は、１つの電池モジュール２０の構成図である。電池モジュール２０は、１つ下の低電圧側となる電池モジュール２０の出力端子（２４）からの出力電力が供給される入力端子２２と、入力端子２２の電圧値よりも４０Ｖ高いモジュール電圧値を有する出力電力を１つ上の高電圧側の電池モジュール２０の入力端子（２２）に供給する出力端子２４と、制御コントローラ７０側と交信する信号端子３６と、制御コントローラ７０側からの電力を受け入れるための電力入力端子５６を有する。

電池モジュール２０の内部には、モジュール電圧値を出力する２次電池２６と、モジュールＤＣ／ＤＣ３０と、２次電池２６の電圧値状態を検出するセル電圧検出部３２と、電池モジュール２０内部の信号制御等を行うモジュールＣＰＵ３４と、モジュール側絶縁回路４０とを含み、さらに制御コントローラ７０側からの電力を受け入れるための第２ＤＣ／ＤＣ５８と、逆流防止素子６２とを含んで構成される。

これらの要素をモジュール側回路要素と呼ぶと、モジュール側回路要素はモジュール回路基板上に配置されるが、モジュール回路基板は、モジュール電圧値についてのモジュール基準電位点を有する高圧接地パターン５０と、モジュール基準電位点から絶縁されたフローティング基準電位点を有するフローティング接地パターン５２を有し、これらは絶縁領域５４を挟んで互いに電気的に絶縁される。モジュール側絶縁回路４０は、この２つの接地パターンにまたがって配置される。モジュール側絶縁回路４０の内容については後述する。モジュール基準電位点は、入力端子２２である。フローティング基準電位点は、モジュール側絶縁回路４０のフローティング接地パターン５２側に配置される部分の接地端子４８である。

２次電池２６は、複数の電池セル２８を直列に接続して構成される。図２の例では、３つの電池セル２８が直列に接続されて１つの２次電池２６を構成することが示される。１つの電池セル２８の端子間電圧値は、（４０Ｖ／３）＝１３．３Ｖである。１つの電池セル２８は、複数の単位電池を直列及び並列に接続して所定の出力電圧値、出力電流値となるように構成される。単位電池としては、端子電圧値が１Ｖから４Ｖのリチウムイオン電池を用いることができる。

モジュールＤＣ／ＤＣ３０は、２次電池２６の電力の一部を用いて、電池モジュール２０内のモジュール側回路要素のうち、セル電圧検出部３２を除いて、その他のモジュール側回路要素に必要な電力を供給するモジュール側電圧変換器である。モジュールＤＣ／ＤＣ３０の入力端子は２次電池２６の正極端子に接続され、出力端子は、逆流防止素子６２に接続される。

第２ＤＣ／ＤＣ５８は、電力入力端子５６から供給される電力の電圧値を電池モジュール２０側に適した電圧値に調整する電圧変換器である。第２ＤＣ／ＤＣ５８の入力端子は電力入力端子５６に接続され、出力端子は、モジュール側絶縁回路４０に接続されると共に、逆流防止素子６２に接続される。

第３ＤＣ／ＤＣ６０は、モジュールＤＣ／ＤＣ３０が出力する電力の電圧値、または第２ＤＣ／ＤＣ５８が出力する電力の電圧値を、モジュールＣＰＵ３４等の動作電圧値に変換する電圧変換器である。第３ＤＣ／ＤＣ６０の入力端子は逆流防止素子６２の接続点６３に接続され、出力端子は、モジュールＣＰＵ３４の電源端子とモジュール側絶縁回路４０に接続される。

逆流防止素子６２は、モジュールＤＣ／ＤＣ３０の出力側と、第２ＤＣ／ＤＣ５８の出力側との間に設けられ、通常時には第２ＤＣ／ＤＣ５８が出力する電力を第３ＤＣ／ＤＣ６０に供給し、第２ＤＣ／ＤＣ５８からの出力がないときにはモジュールＤＣ／ＤＣ３０が出力する電力を第３ＤＣ／ＤＣ６０に供給する機能を有する電力供給切替部である。

逆流防止素子６２は、モジュールＤＣ／ＤＣ３０の出力側にアノードが接続され接続点６３にカソードが接続されるモジュール側整流素子６４と、第２ＤＣ／ＤＣ５８の出力側にアノードが接続され接続点６３にカソードが接続されるコントローラ側整流素子６６と、を含む。モジュール側整流素子６４のオン電圧値は、コントローラ側整流素子６６のオン電圧値よりも高く設定される。これによって通常時には第２ＤＣ／ＤＣ５８側から接続点６３を経由して第３ＤＣ／ＤＣ６０側に電力が流れ、第２ＤＣ／ＤＣ５８からの出力がないときにはモジュールＤＣ／ＤＣ３０側から接続点６３を経由して第３ＤＣ／ＤＣ６０に電力が流れる。

セル電圧検出部３２は、２次電池２６の端子間電圧値等を検出するセンサである。さらに、各電池セル２８のそれぞれの端子間電圧値である電池セル電圧値等を検出するものとしてもよい。セル電圧検出部３２は、電圧値の他に電流値、電池セル温度等の２次電池２６の電池状態を検出する検出部であるが、ここでは電池セル電圧値に代表させて、セル電圧検出部３２と呼ぶ。セル電圧検出部３２は、モジュールＤＣ／ＤＣ３０を経由せずに、２次電池２６に直接接続される。検出された電池セル電圧値等は、モジュールＣＰＵ３４、モジュール側絶縁回路４０、信号端子３６を経由して、制御コントローラ７０の側に送信される。

モジュールＣＰＵ３４は、電池モジュール２０内部の制御を行うモジュール側制御回路である。信号制御としては、セル電圧検出部３２から送信される電池セル電圧値等について、制御コントローラ７０の処理に適した値等に変換する処理、２次電池２６の充電状態を示すＳＯＣ等を求める処理等が含まれる。

モジュール側絶縁回路４０は、モジュールＣＰＵ３４から出力されるデータを制御コントローラ７０側に送信するための送信回路である。モジュール側絶縁回路４０を設ける理由は、電池モジュール２０の基準電位であるモジュール接地電位が、制御コントローラ７０の基準電位であるコントローラ接地電位と異なるためである。

モジュール側絶縁回路４０は、高圧接地パターン５０側の１次側回路部４２と、フローティング接地パターン５２側の２次側回路部４４と、その間の絶縁帯４６とで構成される。一般的に知られている絶縁回路の例としては、トランスを用いる磁気結合方式、対向する２つの電極を用いる容量結合方式、フォトカプラを用いる光結合方式がある。ここでは、モジュール側絶縁回路４０として、双方向フォトカプラ方式を用いる。双方向フォトカプラは、電池モジュール２０側から送信する往路送信と、電池モジュール２０側が受信する復路受信の双方が可能なもので、２つのフォトカプラで構成される。すなわち、１次側回路部４２に往路送信用ＬＥＤと復路受信用フォトダイオードを設け、２次側回路部４４に往路受信用フォトダイオードと復路送信用ＬＥＤを設ける。絶縁帯４６は分離空間または透光性樹脂で構成する。

図３は、１つの電池モジュール２０について制御コントローラ７０との接続関係を示す図である。電池モジュール２０の内容は図２で説明した通りであるので、制御コントローラ７０の構成を主に述べる。

制御コントローラ７０は、蓄電池部１２の充放電を制御する制御回路である。制御コントローラ７０は、外部商用電源７６に接続される電源端子７２と、蓄電池制御システム１０の接地電位である０Ｖに接続される接地端子７４と、電池モジュール２０のモジュール側絶縁回路４０と絶縁通信部１０６を介して交信するための信号端子８４と、第２ＤＣ／ＤＣ５８に電力を送信するための電力出力端子８６を有する。

複数の各電池モジュール２０は隣接する電池モジュール２０間においてモジュール側絶縁回路４０を介してデイジーチェーン接続により接続され、複数の各電池モジュール２０と制御コントローラ７０とは各種データおよび制御信号の送受信が行えるようになっている。

制御コントローラ７０は、その内部に、ＡＣ／ＤＣとして示した交直電力変換器７８と、コントローラＤＣ／ＤＣ８０と、コントローラＣＰＵ８２と、コントローラ側絶縁回路９０とを含んで構成される。

交直電力変換器７８は、外部商用電源７６の交流電力を所定の直流電圧値を有する直流電力に変換する低電圧電源部である。

コントローラＤＣ／ＤＣ８０は、交直電力変換器７８から出力される直流電力の直流電圧値をコントローラＣＰＵ８２とコントローラ側絶縁回路９０の動作電圧値に変換するコントローラ側電圧変換回路である。コントローラＣＰＵ８２の動作電圧値とコントローラ側絶縁回路９０の動作電圧値が異なるときは、例えば、交直電力変換器７８が出力する直流電力をコントローラ側絶縁回路９０に供給し、コントローラＤＣ／ＤＣ８０が出力する直流電力をコントローラＣＰＵ８２に供給するものとしてよい。コントローラＤＣ／ＤＣ８０は、さらに、電力出力端子８６に接続され、電力供給線１０８を介して、電池モジュール２０の第２ＤＣ／ＤＣ５８に電力を供給する。

コントローラＣＰＵ８２は、制御コントローラ７０内部の信号制御等を行い、蓄電池部１２を構成する各電池モジュール２０に対して必要な制御指示を与える制御回路である。

これらの回路要素はコントローラ回路基板上に配置されるが、コントローラ回路基板は、コントローラＣＰＵ８２についてのコントローラ基準電位点を有する低圧接地パターン１００と、コントローラ低圧基準電位点から絶縁されたフローティング基準電位点を有するフローティング接地パターン１０２を有し、これらは絶縁領域１０４を挟んで互いに電気的に絶縁される。コントローラ側絶縁回路９０は、低圧接地パターン１００とフローティング接地パターン１０２にまたがって配置される。

コントローラ側絶縁回路９０は、低圧接地パターン１００側の１次側回路部９２と、フローティング接地パターン１０２側の２次側回路部９４と、その間の絶縁帯９６とで構成される。コントローラ側絶縁回路９０は、図２で説明したモジュール側絶縁回路４０と同じく、双方向フォトカプラ式の光通信用絶縁回路を用いる。

コントローラ基準電位点は、接地端子７４である。フローティング接地パターン１０２の基準電位点であるフローティング基準電位点は、コントローラ側絶縁回路９０のフローティング接地パターン１０２に配置される接地端子９８である。

制御コントローラ７０の電力出力端子８６と、電池モジュール２０の電力入力端子５６とは電力供給線１０８で接続されるので、電池モジュール２０の内部で電力を消費する回路要素のうち、セル電圧検出部３２を除いて、モジュールＣＰＵ３４、モジュール側絶縁回路４０には、制御コントローラ７０側から一括して電力が供給される。これにより、電池モジュール２０において、２次電池２６から電池モジュール２０の内部に持ち出される電力値は、セル電圧検出部３２に対する最小限の電力値で済むので、２次電池２６が蓄電する電力値から最小限の電力を差し引いた電力値を最大限として、出力端子２４から出力できる。また、各電池モジュール２０の間では、ＳＯＣのばらつき要因である内部消費電力値が最小限で済む結果、電池モジュール２０のＳＯＣを外部の抵抗を介して消費することなく、各電池モジュール２０の間のＳＯＣのばらつきを抑制することができる。

上記作用効果について、図４から図６を用いてさらに詳細に説明する。図４は、互いに直列に接続された複数の電池モジュール２０の間でＳＯＣがばらつくときの課題を示す図である。ここでは、図１の蓄電池部１２の直列接続された２０個の電池モジュール２０の中の連続した３つの電池モジュール２０（ｎ＋１），２０（ｎ），２０（ｎ−１）の各２次電池２６（ｎ＋１），２６（ｎ），２６（ｎ−１）のＳＯＣの大きさを斜線で示す図である。図４（ａ）は放電時における各２次電池２６（ｎ＋１），２６（ｎ），２６（ｎ−１）のＳＯＣの大きさを模式的に示す図であり、（ｂ）は充電時における各２次電池２６（ｎ＋１），２６（ｎ），２６（ｎ−１）のＳＯＣの大きさを模式的に示す図である。

図４（ａ）は、放電時において、２次電池２６（ｎ）と２次電池２６（ｎ−１）が完全放電状態となってＳＯＣ＝０％であるが、２次電池２６（ｎ＋１）はまだＳＯＣが３３．３％の状態であることを示す。つまり、その分の蓄電電力が放電されずに利用されないままとなっている。

この状態から充電を行うと、ＳＯＣが最大の２次電池２６で充電が制限される。その結果、図４（ｂ）に示すように、２次電池２６（ｎ＋１）が満充電となったときに充電が終了し、２次電池２６（ｎ）のＳＯＣと２次電池２６（ｎ−１）のＳＯＣは、６６．６％にとどまる。つまり、その分の蓄電能力が充電されないままとなっている。

この状態から放電を行うと、ＳＯＣが最小の２次電池２６で放電が制限される。その結果、図４（ａ）に示すように、２次電池２６（ｎ）と２次電池２６（ｎ−１）が完全放電状態となってＳＯＣ＝０％であるが、２次電池２６（ｎ＋１）はまだＳＯＣが３３．３％の状態となり、その分の蓄電電力が放電されずに利用されない。

このように、互いに直列に接続された複数の電池モジュール２０の間でＳＯＣがばらつくと、蓄電池部１２が有する蓄電能力を最大限生かすことができない。仮に、蓄電池部１２を最初に形成したときに、全ての電池モジュール２０の２次電池２６が全て満充電であったとしても、その後に、各電池モジュール２０において、内部で消費する電力にばらつきが生じると、図４（ａ），（ｂ）のようにＳＯＣのばらつきが生じる。

図５は、従来技術の電池モジュール２１の構成図である。従来技術では、電池モジュール２１の内部のモジュール側回路要素で消費する電力の全てが、その電池モジュール２１の２次電池２６からの電力の一部を用いて賄われる。図２と比較すると、電力入力端子５６、逆流防止素子６２が設けられず、モジュールＤＣ／ＤＣ３０から出力する電力は第２ＤＣ／ＤＣ５８と第３ＤＣ／ＤＣ６０を介して、モジュールＣＰＵ３４とモジュール側絶縁回路４０に供給される。セル電圧検出部３２には、モジュールＤＣ／ＤＣ３０を介さずに２次電池２６から電力が供給される。

図６は、電池モジュール２０内の各回路要素が消費する電力値の大きさとばらつきの大きさを示す図である。ここでは、横軸に電池モジュール２０内で電力を消費するモジュール側回路要素を並べ、縦軸にそのモジュール側回路要素の消費電力値の大きさを取った。電池モジュール２０内で電力を消費するモジュール側回路要素としては、セル電圧検出部３２、モジュールＣＰＵ３４、モジュール側絶縁回路４０とした。なお、消費電力値については、複数の電池モジュール２０の間でのばらつきの大きさを示した。

図６（ａ）は、図５の従来技術の電池モジュール２１におけるモジュール側回路要素の消費電力値を示す図である。図６（ａ）に示されるように、モジュール側絶縁回路４０の消費電力値は４０ｍＡで最も大きい値を示し、また、そのばらつきの大きさも０．９ｍＡと最も大きい値を示す。次に消費電力値が大きいのは、モジュールＣＰＵ３４で１２ｍＡである。そのばらつきは０．１ｍＡである。セル電圧検出部３２の消費電力値は最も小さく、０．２５ｍＡである。そのばらつきは２０μＡである。図５で説明したように、従来技術の電池モジュール２１では、これらの各回路要素の消費電力値を合計した（４０ｍＡ＋１２ｍＡ＋０．２５ｍＡ）＝５２．２５ｍＡの全てが、電池モジュール２１の２次電池２６によって賄われる。そのことを示すため、セル電圧検出部３２、モジュールＣＰＵ３４、モジュール側絶縁回路４０の消費電力値を示す棒グラフに斜線を付した。電池モジュール２０の出力可能電力値は、この５２．２５ｍＡに相当する分少なくなる。

また、５２．２５ｍＡの全体のばらつきの大きさは（０．９ｍＡ＋０．１ｍＡ＋２０μＡ）＝１．０２ｍＡであり、図１の蓄電池部１２を構成する２０個の電池モジュール２０の間でばらつき、これが各電池モジュール２０のＳＯＣのばらつきの原因の１つとなる。

図６（ｂ）は、図３の構成における電池モジュール２０におけるモジュール側回路要素の消費電力値を示す図である。縦軸、横軸は図６（ａ）と同じである。また、モジュール側回路要素の消費電力値の大きさ、ばらつきの大きさも図６（ａ）と同じである。異なるのは、電池モジュール２０では、電池モジュール２０の２次電池２６からの電力が供給されるのはセル電圧検出部３２のみであり、他のモジュールＣＰＵ３４、モジュール側絶縁回路４０には制御コントローラ７０側から一括して電力が供給されることである。そのことを示すため、セル電圧検出部３２の消費電力値を示す棒グラフにのみ斜線を付した。

セル電圧検出部３２の消費電力値は０．２５ｍＡで、電池モジュール２０の出力可能電力値は、この０．２５ｍＡに相当する分少なくなる。これを図６（ａ）の従来技術と比べると、（０．２５ｍＡ／５２．２５ｍＡ）×１００％＝０．５％弱に過ぎない。

また、セル電圧検出部３２の消費電力値のばらつきの大きさは２０μＡである。これを図６（ａ）の従来技術と比べると、（０．０２ｍＡ／１．０２ｍＡ）×１００％＝２％弱に過ぎない。

これらの結果から、蓄電池部１２を構成する各電池モジュール２０の間のＳＯＣばらつきを推定すると、ＳＯＣばらつきが１％程度になるまでに約１３年を要する。すなわち、上記構成によれば、特許文献１のように電池モジュール２０の電力を外部の抵抗を介して消費する方法によらず、各電池モジュール２０の間のＳＯＣのばらつきを抑制することができる。

図７は放電対象の電池モジュール２０において電池モジュール２０内部の所定のモジュール回路要素への電力供給を制御コントローラ７０の電源から電池モジュール２０自身の２次電池２６に切り替えるための電力供給切替機能を有する回路構成を示す構成図である。図７に示す回路図は、直列接続される複数の電池モジュール２０のうち、最も高電圧の電池モジュール２０（Ｎ）と最も低電圧の電池モジュール２０（１）とを示している（図１参照）。複数の各電池モジュール２０は、制御コントローラ７０と各種データおよび制御信号の送受信を行う通信のためのモジュール側絶縁回路４０の接続（デイジーチェーン接続）状態を除いて実質的に同一の回路構成である。

図７において、モジュールＤＣ／ＤＣ３０の出力と第２ＤＣ／ＤＣ５８の出力とを接続する接続点６３を挟んでモジュールＤＣ／ＤＣ３０の出力側に図２において直列に接続される２つのダイオードで構成されるモジュール側整流素子６４に代えて接続点６３にカソードが接続される１つのダイオード６７を接続すると共に、第２ＤＣ／ＤＣ５８の出力側に図２において１つのダイオード６７で構成されるコントローラ側整流素子６６に代えてリレー６８を接続している。

ここで、各電池モジュール２０（２０（Ｎ），２０（１））において、モジュールＤＣ／ＤＣ３０の出力電圧と第２ＤＣ／ＤＣ５８の出力電圧は実質同一（誤差による電圧差を含む）であり、モジュールＤＣ／ＤＣ３０の出力側に接続されるダイオードの導通電圧により、リレー６８の接点が閉じられると、第３ＤＣ／ＤＣ６０、モジュールＣＰＵ３４およびモジュール側絶縁回路４０の１次側回路部４２（電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素）は制御コントローラ７０から電源供給される。一方、リレー６８の接点が開かれると、モジュールＤＣ／ＤＣ３０の出力電圧が接続点６３に印加されるようになり、第３ＤＣ／ＤＣ６０、モジュールＣＰＵ３４およびモジュール側絶縁回路４０の１次側回路部４２は電池モジュール２０自身の２次電池２６から電源供給される。すなわち、ダイオード６７及びリレー６８は電源経路切替回路６９を構成し、リレー６８の接点が閉じられることにより、制御コントローラ７０から第２ＤＣ／ＤＣ回路５８を介して電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素に電力を供給する経路が形成され、リレー６８の接点が開かれることにより、電池モジュール２０自身の２次電池２６からモジュールＤＣ／ＤＣ３０を介して電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素に電力を供給する経路が形成される。したがって、電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素の電源は、リレー６８の接点が閉じられている状態において制御コントローラ７０から供給されることなり、リレー６８の接点が開かれると電池モジュール２０自身の２次電池２６から供給される。

一方、制御コントローラ７０は、各電池モジュール２０に内蔵されるセル電圧検出部３２により検出されたセル電圧のデータを各モジュール側絶縁回路４０およびコントローラ側絶縁回路９０を介して受信する。制御コントローラ７０は、各電池モジュール２０の各セル電圧検出部３２により検出された各セル電圧に基づいて各電池モジュール２０の電圧（モジュール電圧）を検出する機能を有している。そして、制御コントローラ７０のコントローラＣＰＵ８２は各電池モジュール２０のモジュール電圧の差を減少させる均等化処理を行う均等化制御部８３および均等化制御部８３による制御に基づいてリレー６８の接点の開閉を制御する電源切替制御部８４を有する。

均等化制御部８３は例えば、各電池モジュール２０の各モジュール電圧のうち、最も高いモジュール電圧の電池モジュール２０を放電対象として選択する。

また、均等化制御部８３は例えば、各電池モジュール２０の各モジュール電圧のうち、最も低いモジュール電圧を目標値とし、放電対象として選択された最も高いモジュール電圧と前記目標値との電圧差を検出する。そして、均等化制御部８３は最も高いモジュール電圧と目標値との電圧差が予め設定された閾値以上であると、最も高いモジュール電圧を有する電池モジュール２０を放電対象としてその電池モジュール２０を他の電池モジュール２０に比べて放電量が大きくなるように放電を促す処理を行う。

均等化制御部８３により均等化処理が実行されると、放電対象の電池モジュール２０におけるリレー６８の接点は開かれる。均等化処理が実行されていない状態において、全ての電池モジュール２０におけるリレー６８の接点は閉じられており、全ての電池モジュール２０において各電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素への電源電力は制御コントローラ７０から供給されている。その為、均等化処理が実行され、放電対象の電池モジュール２０におけるリレー６８の接点が開かれると、その放電対象の電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素への電源電力は電池モジュール２０自身の２次電池２６から供給されるようになる。すなわち、放電対象の電池モジュール２０において電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素への電力供給が制御コントローラ７０側の電源から電池モジュール２０自身の２次電池２６に切り替えられると共に、放電対象以外の電池モジュール２０における各電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素への電力供給が制御コントローラ７０側の電源のまま継続されることにより均等化処理の実行が行われる。

したがって、放電対象の電池モジュール２０は放電対象以外の電池モジュール２０より電池モジュール２０自身の２次電池２６の電力消費が大きくなり、それにより放電対象の電池モジュール２０のモジュール電圧は放電対象以外の電池モジュール２０のモジュール電圧に近づけられる。やがて放電対象の電池モジュール２０のモジュール電圧は目標電圧となって各電池モジュール２０の２次電池２６間の蓄電電荷量の不均衡が低減される。これにより最も高いモジュール電圧を有する電池モジュール２０の２次電池２６をその他の電池モジュール２０の２次電池２６に比べて電力消費を大きくすることによって各電池モジュール２０間のモジュール電圧、すなわち各電池モジュール２０の２次電池２６間の蓄電電荷量の不均衡を低減する。

放電対象の電池モジュール２０の２次電池２６の均等化処理による放電は、例えば前記目標値のモジュール電圧まで行われる。

なお、上記の実施例は各電池モジュール２０のうち最も低いモジュール電圧を目標値としたが、目標値はこれに限定されず、最も高いモジュール電圧を除く他のモジュール電圧であっても良いし、各モジュール電圧の平均の電圧を用いることも考えられる。

また、放電対象の２次電池２６の放電による目標電圧は、目標値と同一に限定されるものではなく、最も高いモジュール電圧を除く他のモジュール電圧であっても良いし、各モジュール電圧の平均の電圧を用いることも考えられる。

また、放電対象の電池モジュール２０は、制御コントローラ７０内に備える不揮発性メモリ（不図示）に記憶され、制御コントローラ７０の電源遮断の後、制御コントローラ７０の電源投入された場合であっても放電対象の電池モジュール２０のモジュール電圧は目標電圧になるまで均等化制御部８３により放電対象の電池モジュール２０の電力消費を内部回路を増加させて電力消費の促進は継続されることが好ましいが、電源投入ごとに放電対象の電池モジュール２０を検出し、均等化制御部８３により放電対象の電池モジュール２０の電力消費の促進を図るようにしても良い。

上記の実施例において、均等化制御部８３は放電対象とする電池モジュール２０の選択、均等化処理の実行に使用する目標値および閾値として電圧値を用いたが、電圧値に限定されるものでなくＳＯＣ値を使用しても良い。

以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。図７において、モジュールＤＣ／ＤＣ３０の出力側に接続点６３にカソードが接続される１つのダイオード６７を接続すると共に、第２ＤＣ／ＤＣ５８の出力側にリレー６８を接続する構成により電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素である第３ＤＣ／ＤＣ６０、モジュールＣＰＵ３４およびモジュール側絶縁回路４０の１次側回路部４２への電力供給を制御コントローラ７０からの電源と電池モジュール２０自身の２次電池２６とで切り替えているが、この電源切り替えのための回路は図７に限定されるものではなく、種々の構成により達成可能である。

図８は、電池モジュール内の所定のモジュール回路要素への電力供給経路を切り替える電源経路切替回路８９の構成が図７と別の構成の実施例を示しており、リレー８８およびダイオード８７の接続が図７と相違する。図８の回路は、モジュールＤＣ／ＤＣ３０の出力端と接続点６３の間にリレーを接続すると共に、第２ＤＣ／ＤＣ５８の出力側に接続点６３にカソードが接続される１つのダイオードを接続する構成としている。なお、図８において、図示されない構成要素は図７と同一である。均等化処理を実行する場合、図７と同様に際に前記リレー８８の開閉を制御して電池モジュール２０内の所定のモジュール側回路要素である第３ＤＣ／ＤＣ６０、モジュールＣＰＵ３４およびモジュール側絶縁回路４０の１次側回路部４２への電力供給を制御コントローラ７０からの電源と電池モジュール２０自身の２次電池２６とで切り替える。図８において、均等化処理は、放電対象でない電池モジュール２０のリレー８８を開放状態し、放電対象の電池モジュール２０のリレーを閉じた状態にして実行される。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

本発明による蓄電池制御システムは、産業用および家庭用の蓄電システムに有用である。

１０ 蓄電池制御システム、１２ 蓄電池部、２０，２１ 電池モジュール、２２ 入力端子、２４ 出力端子、２６ ２次電池、２８ 電池セル、３０ モジュールＤＣ／ＤＣ（モジュール側電圧変換器）、３２ セル電圧検出部（検出部）、３４ モジュールＣＰＵ（モジュール側制御回路）、３６，８４ 信号端子、４０ モジュール側絶縁回路、４２，９２ １次側回路部、４４，９４ ２次側回路部、４６，９６ 絶縁帯、４８，７４，９８ 接地端子、５０ 高圧接地パターン、５２，１０２ フローティング接地パターン、５４，１０４ 絶縁領域、５６ 電力入力端子、５８ 第２ＤＣ／ＤＣ、６０ 第３ＤＣ／ＤＣ、６２ 逆流防止素子、６３ 接続点、６４ モジュール側整流素子、６６ コントローラ側整流素子、６７，８７ ダイオード、６８，８８ リレー、６９，８９ 電源経路切替回路、７０ 制御コントローラ、７２ 電源端子、７６ 外部商用電源、７８ 交直電力変換器（ＡＣ／ＤＣ；低電圧電源部）、８０ コントローラＤＣ／ＤＣ（コントローラ側電圧変換器）、８２ コントローラＣＰＵ、８６ 電力出力端子、９０ コントローラ側絶縁回路、１００ 低圧接地パターン、１０６ 絶縁通信部、１０８ 電力供給線。

Claims (8)

1. 所定の高電圧値を出力する蓄電池部を構成する電池モジュールと制御コントローラを絶縁通信部で接続する蓄電池制御システムであって、
   前記電池モジュールは、モジュール電圧値を出力する２次電池、前記２次電池の電圧値をモジュール側の所定動作電圧値に変換するモジュール側電圧変換器、及び前記モジュール側の所定動作電圧値で動作するモジュール側回路要素を含み、
   前記制御コントローラは、低電圧電源部、前記低電圧電源部の電圧を制御コントローラ側の所定の動作電圧値に変換するコントローラ側電圧変換器、及び前記低電圧電源部のコントローラ基準電位点から絶縁されたフローティング基準電位点を有し、前記制御コントローラと前記絶縁通信部とを接続するコントローラ側絶縁回路を含み、
   前記コントローラ側電圧変換器の出力電力を前記電池モジュール側に供給する電力供給線を備える、蓄電池制御システム。
2. 前記モジュール側電圧変換器の出力側と前記コントローラ側電圧変換器の出力側を所定の逆流防止素子を介して互いに接続し、接続点から前記モジュール側の所定の動作電圧値で動作するモジュール側回路要素に電力が供給される、請求項１に記載の蓄電池制御システム。
3. 前記所定の逆流防止素子は、前記モジュール側電圧変換器の出力側にアノードが接続され前記接続点にカソードが接続されるモジュール側整流素子と、前記コントローラ側電圧変換器の出力側にアノードが接続され前記接続点にカソードが接続されるコントローラ側整流素子と、を含む、請求項２に記載の蓄電池制御システム。
4. 前記蓄電池部は、互いに直列に接続される複数の前記電池モジュールで構成され、
   前記コントローラ側電圧変換器の出力電力が前記各電池モジュール側に供給される、請求項１に記載の蓄電池制御システム。
5. 複数の電池モジュールにより構成されて所定の高電圧値を出力する蓄電池部と制御コントローラとを絶縁通信部で接続する蓄電池制御システムであって、
   前記電池モジュールは、２次電池、及び前記絶縁通信部とを接続するモジュール側絶縁回路を有し、
   前記制御コントローラは、低電圧電源部、前記低電圧電源部の電圧を制御コントローラ側の所定の動作電圧値に変換するコントローラ側電圧変換器、及び前記絶縁通信部と接続するコントローラ側絶縁回路を有し、
   前記複数の電池モジュールは、各電池モジュール内の所定のモジュール側回路要素に電池モジュール自身の前記２次電池から電力供給する経路と、前記コントローラ側電圧変換器の出力電力から電力供給する経路とを切り替える電源経路切替回路を有し、
   前記制御コントローラは、前記複数の電池モジュールの各モジュール電圧に基づいて放電対象の電池モジュールを検出し、その放電対象の電池モジュールにおいて前記モジュール側回路要素に前記電源経路切替回路により前記２次電池から電力供給すると共に、放電対象外の電池モジュールにおいて前記モジュール側回路要素に前記電源経路切替回路により前記コントローラ側電圧変換器の出力電力から電力供給するようにしたことを特徴とする蓄電池制御システム。
6. 前記モジュール側回路要素は、電池モジュール内部の制御を行うモジュール側制御回路と前記モジュール側絶縁回路を含むことを特徴とする請求項５に記載の蓄電池制御システム。
7. 前記制御コントローラは、前記複数の電池モジュールの各モジュール電圧のうち、最も高いモジュール電圧と目標値との電圧差が予め設定された閾値以上である場合に前記最も高いモジュール電圧の電池モジュールを放電対象に設定したことを特徴とする、請求項５に記載の蓄電池制御システム。
8. 前記複数の電池モジュールの各モジュール電圧のうち、最も低いモジュール電圧が前記目標値として設定されたことを特徴とする、請求項７に記載の蓄電池制御システム。

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