JP6733735B2 - 蓄電モジュール、蓄電システム、電動車両および電力システム - Google Patents
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Description
マイクロコンピュータを含み、モニタ回路により取得された情報をコントロールボックスに対して送信する通信部と、
モジュールコントローラ及び通信部の間に設けられた絶縁部とを備える蓄電モジュールにおいて、
絶縁部は、第1通信部と第1コネクタとを有する1次側と、通信部と通信を行う第2通信部と第2コネクタとを有している2次側と、第1コネクタ及び第2コネクタの間に接続された光ケーブルとからなり、
電源、グランド、通信ラインに対して1次側が接続された第1のエリアと、電源、グランド、通信ラインを有し、第1のエリアとの絶縁距離が互いに異なる複数個の第2のエリアとが同一の基板上に設けられており、電池部の出力電圧に応じた絶縁距離を有する一つの第2のエリアに2次側が接続され、
第1のエリアの1次側の第1通信部に対してモジュールコントローラから電源が供給され、第2のエリアに配された2次側の第2通信部に対して通信部から補助導体を介して電源が供給されるようにした蓄電モジュールである。
複数の蓄電モジュールを統合制御部によって制御するようにした蓄電システムである。
また、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、電力情報送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電システムの充放電制御を行う電力システムでもよい。
<1.一実施形態>
<2.応用例>
<3.変形例>
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
始めに、本開示の実施形態等に対して適用可能な二次電池について説明する。二次電池の一例は、正極活物質と、黒鉛等の炭素材料を負極活物質として含むリチウムイオン二次電池であり、正極材料としてオリビン構造を有する正極活物質を含有するものである。
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、蓄電モジュールと適宜称する)を直列に接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通の制御装置(統合制御部)を設ける構成が採用される。かかる構成を蓄電システムと称する。
図2は、蓄電モジュールMODの機械的構成を示す斜視図である。蓄電モジュールMODの外装ケースは、板金加工された金属製の外装下ケース2aおよび外装上ケース2bからなる。外装下ケース2aおよび外装上ケース2bの材料としては、高い熱伝導率および輻射率を有する材料を用いることが好ましい。優れた筐体放熱性を得ることができ、ケース内の温度上昇を抑制することができる。例えば、外装下ケース2aおよび外装上ケース2bの材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金または銅または銅合金である。ケースの背面には、蓄電モジュールMODに対して充放電のための外部正極端子3および外部負極端子4が設けられている。
図5は、モニタ回路の一例であるモジュールコントローラCNTの構成例を示す図である。モジュールコントローラCNTは、直列に接続されたn個の電池ブロックB1〜Bnの両端の電圧と、各電池ブロックの電圧を検出するようになされる。電池ブロックB1〜Bnの両端の電圧と各電池ブロックの電圧を順次出力するマルチプレクサ15が設けられている。
本実施形態における電池部BBは、バランス回路50に接続されている。バランス回路50の一例について説明する。図8に示すように、磁芯Mを14個の磁芯M1〜M14に分割し、2次側コイルW0を14個の2次側コイルW01〜W014に分割する。このようにすれば、14個の蓄電モジュールを分離してケース収納することができる。図8の構成では、1次側スイッチS01〜S014のそれぞれに対して716.8Vの電圧が印加される。しかしながら、図8の構成は、フライバックトランスが別々に構成され、その1次側および2次側のスイッチも各コイルにそれぞれ接続されて独立にスイッチング動作を制御することが可能である。したがって、複数の電池ブロックグループから並行して電力を取り出したり、複数の電池ブロックグループに対して並行して電力を供給する制御が可能となる。しかも、スイッチング動作のオン期間の長さを制御することによって、電力量を制御することができる。
再び図7に戻り、絶縁部ISCの構成例について説明する。絶縁部ISCは、モジュールコントローラCNTにより取得された電池部BBに関する情報を、光通信を使用して1次側から2次側に伝送する。絶縁部ISCを通じてなされる双方向通信方式としては、光通信を例示することができる。より具体的には、絶縁部ISCは、光を空間で伝送する光空間伝送ではなく、光ケーブル(光ファイバ)を使用した光ケーブル伝送(光ファイバ伝送)により、電池部BBに関する情報を1次側から2次側に伝送する。
蓄電モジュール内における通信路の絶縁対策を効果的に行うことができる。
絶縁部やその周囲の構成の難燃性を低下させることなく、光ケーブル接続を用いることにより例えば1000Vにも対応した絶縁を実現することができる。
高電圧の電力システムに対応した構成を実現することができる。
例えば、絶縁部の構成が一体化されていることで、蓄電モジュールが長期間使用された後においても信頼性が高く、安定した通信が維持できる。
上述した一実施形態における絶縁部ISCの第1の例について説明する。第1の例では、絶縁部ISCの1次側の構成(第1通信部71および第1コネクタ72)と、2次側の構成(第2通信部73および第2コネクタ74)と、光ケーブル75とが、図9に示すように、同一の基板82上に一体化されている。また、モジュールコントローラCNTが基板81上に形成され、通信部COMが基板83上に形成されている。
工場で組み立て時にベストな形態とすることができる。
絶縁距離を自由に変更することが可能となる。
また、コストの面では、基板パターン種類が1種類でよいので、基板コストの低減が可能である。
さらに作業面では、工場で組み立て時、外付け部品のマウント/非マウントの指示のみで、絶縁距離の変更が可能であり、また、絶縁距離の変更が必要になった場合、外付け部品の変更のみで対応することが可能である。
絶縁部ISCの第2の例は、予め絶縁距離が異なる複数の基板をあらかじめ準備しておき、必要な絶縁距離(使用電圧)に応じて基板を選択し、選択された基板の島に第2通信73と第2コネクタ74を配置するようにしたものである。
出荷後、出荷した先でシステムが変更になり、絶縁距離を変更する場合にベストな形態を選択することができる。
絶縁距離を自由に変更することが可能となる。
また、外付け部品が不要なため、コスト低減が可能である。
さらに作業面では、絶縁距離の変更が必要になった場合、基板の取り換えのみで、絶縁距離の変更が可能である。
絶縁部ISCの第3の例は、1次側と2次側を別の基板とし、必要な絶縁距離(使用電圧)に応じて基板間の距離を設定して配置するようにしたものである。
工場で組み立て時、あるいは出荷後に、客先でシステムが変更になり、絶縁距離を変更する場合でも対応しやすい形態である。
絶縁距離を自由に変更することが可能となる。
光ファイバーケーブルが届く範囲内であれば、90度曲がったような場所にでも設置可能である(設置する角度の自由度が増加する)。
また、コストの面では、基板パターン種類が1種類でよいので、基板コストの低減が可能である。
さらに、外付け部品が不要のため、コスト低減可能である。
さらに作業面では、工場で組み立て時、2次側の基板の位置の変更のみで、絶縁距離の変更が可能である。
さらに、絶縁距離の変更が必要になった場合、2次側の基板の位置の変更のみで、絶縁距離の変更が可能である。
次に、本開示の応用例について説明するが、本開示の応用例は下記の例に限定されるものではない。
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図19を参照して説明する。図19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、あるいはそれをバッテリー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。
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図20を参照して説明する。例えば住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
本開示は、大型の電動車両や航空機に限らず、電動バイク、電動自転車、電動三輪車、電動農耕機、電動小型飛行体(ドローン等とも称される)等にも応用可能である。また、本開示は、二次電池が使用され得る電子機器(PC、スマートフォン、携帯電話、電動工具、おもちゃ等)にも応用可能であり、上述した電池装置から電力の供給を受ける電子機器として本開示を実現することも可能である。
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、本開示は、上述の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。
(1)
電池部に関する情報を取得するモニタ回路と、
前記モニタ回路により取得された前記情報を、電気信号から光信号に変換する第1通信部と、光通信を使用して1次側から2次側に伝送する光通信部と、光信号から電気信号に変換する第2通信部と、
前記光通信部と前記第2通信部を介して通信を行うマイクロコンピュータと
を有し、
前記第1通信部と前記光通信部と前記第2通信部とが一体の光通信ユニットとして構成された
蓄電モジュール。
(2)
前記光通信ユニットは、1次側に前記第1通信部と第1コネクタとを有し、2次側に前記第2通信部と第2コネクタとを有する
(1)に記載の蓄電モジュール。
(3)
前記第1コネクタと前記第2コネクタとを接続する光ケーブルを有する
(2)に記載の蓄電モジュール。
(4)
前記光ケーブルは、プラスチックから構成されており、該光ケーブルに難燃材が被覆されている
(3)に記載の蓄電モジュール。
(5)
前記第1通信部、第1コネクタ、第2通信部および第2コネクタが同一基板上に設けられている
(2)乃至(4)に記載の蓄電モジュール。
(6)
前記第1通信部及び第1コネクタが形成されている前記基板上のエリアと、前記第2通信部および第2コネクタが形成されている前記基板上のエリアが必要とする絶縁距離に応じて離れているようにした
(5)に記載の蓄電モジュール。
(7)
前記第1通信部及び第1コネクタが形成されている前記基板上のエリアに対して、互いに異なる絶縁距離を有する複数の候補エリアを予め形成し、必要とする絶縁距離に応じて前記候補エリアのうちの一つを選択し、選択された候補エリアに前記第2通信部および第2コネクタが形成された
(6)に記載の蓄電モジュール。
(8)
前記第1通信部および前記第1コネクタが第1の基板に設けられ、
前記第2通信部および前記第2コネクタが前記第1基板と異なる第2基板に設けられている
(2)乃至(4)に記載の蓄電モジュール。
(9)
必要とする絶縁距離に応じて前記第1基板及び前記第2基板間の距離が設定された
(8)に記載の蓄電モジュール。
(10)
前記モニタ回路に供給される電力と前記マイクロコンピュータに供給される電力とが絶縁されている
(1)乃至(9)に記載の蓄電モジュール。
(11)
前記1次側と前記2次側との絶縁距離は、前記電池部の出力電圧に応じて設定される値である
(1)乃至(10)に記載の蓄電モジュール。
(12)
前記電池部を有する
(1)乃至(11)に記載の蓄電モジュール。
(13)
前記電池部が複数のリチウムイオン電池セルにより構成されている
(12)に記載の蓄電モジュール。
(14)
直列に接続された複数の蓄電モジュールと、
前記複数の蓄電モジュールを制御する統合制御部と
を有し、
前記蓄電モジュールは、
電池部に関する情報を取得するモニタ回路と、
前記モニタ回路により取得された前記情報を、電気信号から光信号に変換する第1通信部と、光通信を使用して1次側から2次側に伝送する光通信部と、光信号から電気信号に変換する第2通信部と、
前記光通信部と前記第2通信部を介して通信を行うマイクロコンピュータと
を有し、
前記第1通信部と前記光通信部と前記第2通信部とが一体の光通信ユニットとして構成された
蓄電システム。
(15)
(14)に記載の蓄電システムから、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、前記蓄電システムに関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
(16)
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、
前記電力情報送受信部が受信した情報に基づき、(14)に記載の蓄電システムの充放電制御を行う電力システム。
72・・・第1コネクタ
73・・・第2通信部
74・・・第2コネクタ
75・・・光ケーブル
BB・・・電池部
CNT・・・モジュールコントローラ
ICNT・・・コントロールボックス
ISC・・・絶縁部
MOD・・・蓄電モジュール
Claims (4)
- 電池部に関する情報を取得するモニタ回路を含むモジュールコントローラと、
マイクロコンピュータを含み、前記モニタ回路により取得された前記情報をコントロールボックスに対して送信する通信部と、
前記モジュールコントローラ及び前記通信部の間に設けられた絶縁部とを備える蓄電モジュールにおいて、
前記絶縁部は、第1通信部と第1コネクタとを有する1次側と、前記通信部と通信を行う第2通信部と第2コネクタとを有している2次側と、前記第1コネクタ及び第2コネクタの間に接続された光ケーブルとからなり、
電源、グランド、通信ラインに対して前記1次側が接続された第1のエリアと、電源、グランド、通信ラインを有し、前記第1のエリアとの絶縁距離が互いに異なる複数個の第2のエリアとが同一の基板上に設けられており、前記電池部の出力電圧に応じた絶縁距離を有する一つの前記第2のエリアに前記2次側が接続され、
前記第1のエリアの前記1次側の第1通信部に対して前記モジュールコントローラから電源が供給され、前記第2のエリアに配された前記2次側の第2通信部に対して前記通信部から補助導体を介して電源が供給されるようにした蓄電モジュール。 - 請求項1に記載の蓄電モジュールが複数個直列に接続され、
前記複数の蓄電モジュールを統合制御部によって制御するようにした蓄電システム。 - 請求項2に記載の蓄電システムから、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、前記蓄電システムに関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
- 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、
前記電力情報送受信部が受信した情報に基づき、請求項2に記載の蓄電システムの充放電制御を行う電力システム。
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