JP6848075B2 - 蓄電池装置 - Google Patents

蓄電池装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6848075B2
JP6848075B2 JP2019541521A JP2019541521A JP6848075B2 JP 6848075 B2 JP6848075 B2 JP 6848075B2 JP 2019541521 A JP2019541521 A JP 2019541521A JP 2019541521 A JP2019541521 A JP 2019541521A JP 6848075 B2 JP6848075 B2 JP 6848075B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
circuit
terminal
management circuit
battery management
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019541521A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019053786A1 (ja
Inventor
黒田 和人
和人 黒田
高橋 潤
潤 高橋
洋介 佐伯
洋介 佐伯
岡部 令
令 岡部
佐藤 信也
信也 佐藤
慶太 中田
慶太 中田
篤 稲村
篤 稲村
関野 正宏
正宏 関野
太田 実
太田  実
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of JPWO2019053786A1 publication Critical patent/JPWO2019053786A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6848075B2 publication Critical patent/JP6848075B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/583Devices or arrangements for the interruption of current in response to current, e.g. fuses
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00002Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by monitoring
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304Overcurrent protection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/10Control circuit supply, e.g. means for supplying power to the control circuit
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H02J7/0049Detection of fully charged condition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/30State monitoring, e.g. fault, temperature monitoring, insulator monitoring, corona discharge

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Description

本発明の実施形態は、蓄電池装置に関する。
近年、様々な状況で利用される電力エネルギーの需要に備えて、エネルギー密度の高い電池セルを用いた、蓄電池装置の実現が望まれている。
例えば複数のリチウムイオン電池セルにより構成された組電池を含む蓄電池装置は、一般的に、電池セルの電圧や組電池の温度を監視するための電池監視回路(CMU:cell monitoring unit)と、蓄電池装置の動作を制御する制御回路として電池管理回路(BMU:battery management unit)とを備えている。電池管理回路は、例えば、DC/DC回路を介して組電池から給電されて起動するように構成可能であって、電池監視回路は電池管理回路から供給される電源により動作する。
特開2013−9529号公報
組電池が、例えば過充電状態や過温度状態等の異常状態となったときには、安全性を担保するために、組電池の充電および放電を停止することが望ましい。
しかしながら、電池管理回路がDC/DC回路を介して組電池から給電されて起動する構成では、組電池の過放電やDC/DC回路の故障などが生じたときには、主回路を遮断されないまま電池管理回路が停止する可能性があった。この状態では、電池セルの電圧や温度などが監視されない状態で蓄電池装置の充電および放電が可能となり、組電池が異常状態となったとしても蓄電池装置の充電および放電を停止することができず、組電池が危険な状態となる可能性があった。
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、蓄電池装置の安全性を担保することを目的とする。
実施形態による蓄電池装置は、外部と電気的に接続可能な正極端子および負極端子と、複数の電池セルを含む組電池と、複数の前記電池セルの電圧と前記組電池の温度とを検出する電池監視回路と、をそれぞれ備えた複数の電池モジュールと、複数の前記電池モジュールの高電位側の端子と前記正極端子との間、および、複数の前記電池モジュールの低電位側の端子と前記負極端子との間を電気的に接続する主回路と、複数の前記電池監視回路から複数の前記電池セルの電圧と前記組電池の温度とを受信する電池管理回路と、前記主回路から得られる直流電力を所定の大きさに変換し、前記電池管理回路へ電源を供給する電源回路と、前記電池管理回路からの制御信号が停止したときに、前記主回路において、複数の前記電池モジュールを充電する方向の電流を遮断する充電電流遮断回路と、を備える。
図1は、一実施形態の蓄電池装置の構成例を概略的に示すブロック図である。
実施形態
以下に、一実施形態の蓄電池装置について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、一実施形態の蓄電池装置の構成例を概略的に示すブロック図である。
本実施形態の蓄電池装置1は、負荷システム(図示せず)等の外部と接続可能な正極端子Pと負極端子Nとを備えている。蓄電池装置1は負荷システムへ電力を供給可能であって、負荷システムから供給される電力により充電可能である。なお、蓄電池装置1は、負荷システム内に含まれていてもよい。
蓄電池装置1は、外部と電気的に接続可能な複数の端子を備えている。本実施形態では、蓄電池装置1は、SOC端子T1と、ENABLE端子T2と、CAN通信端子T3と、FULL端子T4と、EMPTY端子T5と、FAIL端子T6と、電源入力端子(POWER端子)T7と、を備えている。
SOC端子T1は、蓄電池装置1から外部へSOC値を出力するための端子である。
ENABLE端子T2は、蓄電池装置1の起動と停止とを切替える信号が供給される端子である。
CAN通信端子T3は、蓄電池装置1が外部との間でCAN(control area network)プロトコルに基づいて信号を伝送するための端子である。蓄電池装置1は、例えば負荷システムに含まれる各種装置との間で、CANバス配線(図示せず)を介して通信することができる。
FULL端子T4は、蓄電池装置1が満充電状態であることを外部へ通知するための端子である。
EMPTY端子T5は、蓄電池装置1が完放電状態であることを外部へ通知するための端子である。
FAIL端子T6は、蓄電池装置1の故障を外部へ通知するための端子である。
電源入力端子T7は、蓄電池装置1が例えば保守モードで起動させるときに、外部から電源を供給するための端子である。なお、電源入力端子T7は、保守作業員のみにより利用されることが想定される。そのため、電源入力端子T7は、例えば、蓄電池装置1の外部に露出した部分に設けられる必要はなく、保守作業時に取り外し可能なカバーにて覆われていてもよい。
蓄電池装置1は、複数の電池モジュールMDL1−MDLnと、電池管理回路(BMU:Battery Management Unit)CTRと、DC/DC回路(電源回路)12と、配線用遮断器14と、充電電流遮断回路と、配線用遮断器14の引き外し回路と、電流センサCSと、サービスディスコネクタSDCと、を備えている。配線用遮断器14の引き外し回路は、主回路から配線用遮断器へ電流(引き外し電流)を供給する経路と、この経路の電気的接続を切替える電磁接触器(第1電磁接触器)19とを備えている。充電電流遮断回路は、ダイオード16と、電磁接触器(第2電磁接触器)18と、を備えている。
複数の電池モジュールMDL1〜MDLnのそれぞれは、組電池BTと、電池監視回路(CMU:Cell Monitoring Unit)10と、を備えている。複数の電池モジュールMDL1〜MDLnの組電池BTは、サービスディスコネクタSDCを介して直列に接続している。複数の電池モジュールMDL1〜MDLnの最も高電位側の端子(電池モジュールMDL1の高電位側の端子)と正極端子Pとの間は高電位側の主回路により電気的に接続され、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnの最も低電位側の端子(電池モジュールMDLnの低電位側の端子)と負極端子Pとの間は、低電位側の主回路により電気的に接続されている。
組電池BTは、例えばリチウムイオン電池の二次電池セル(図示せず)を複数組み合わせて、所定の容量および出力を実現するように構成されている。最も高電位側の電池モジュールMDLの正極端子は、充電電流遮断回路と配線用遮断器14とを介して蓄電池装置1の正極端子Pと電気的に接続可能である。最も低電位側の電池モジュールMDLの負極端子は、配線用遮断器14を介して蓄電池装置1の負極端子Nと電気的に接続可能である。なお、組電池BTはリチウムイオン電池以外の二次電池セルを備えていてもよい。例えば、組電池BTは、例えば、ニッケル水素電池や鉛電池を採用しても構わない。
電池モジュールMDL1〜MDLnのそれぞれにおいて、電池監視回路10は、組電池BTの複数の二次電池セル個々の正極端子と負極端子との電圧を検出する。また電池監視回路10は、組電池BTの近傍の温度を少なくとも1ヶ所で検出する。電池監視回路10は、後述する電池管理回路CTRとの間に接続した通信ライン(CMU−CAN)を介して、例えばCAN(Control Area Network)プロトコルに基づいて通信可能に構成されている。電池監視回路10は、電圧と温度との検出結果を周期的に電池管理回路CTRへ送信する。
電池監視回路10の電圧検出回路および温度検出回路(主回路側)と通信回路(電池管理回路側)とは基準とする電圧が異なっている。本実施形態の蓄電池装置1は、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnを接続した大型の蓄電池装置であり、主回路には大きな電流が流れることとなる。一方で、電池監視回路10の通信回路は、電池管理回路CTRから供給される12Vの電源により動作する。このため、電池監視回路10の主回路側と通信回路側とは絶縁され、異なる電圧を基準として動作する。
電池監視回路10は、例えば、少なくとも1つのプロセッサとメモリとを備え、ソフトウエアにより上記動作を実現するように構成されてもよく、ハードウエアにより構成された回路により上記動作を実現するように構成されてもよく、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより上記動作を実現するように構成されていてもよい。
サービスディスコネクトSDCは、保守用の遮断器である。サービスディスコネクトSDCは、例えば、電気的に直列に接続した複数の電池モジュールMDL1〜MDLnの略中央の位置(電池モジュールMDLkと電池モジュールMDL(k+1)との間)に配置され、電池モジュールMDL1〜MDLn間の電気的接続を遮断可能に設けられている。電池モジュールMDL1〜MDLnの保守時にサービスディスコネクトSDCを開くことにより、保守作業者の安全性を確保することができる。サービスディスコネクトSDCは、例えば電磁接触器であって、電池管理回路CTRからの制御信号により動作を制御可能である。
なお、例えば電池モジュールMDL1〜MDLnの搭載数が少ない蓄電池装置において、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnを接続した状態であっても保守時に作業員の安全性を担保することが可能であるときには、サービスディスコネクトSDCを省略しても構わない。
電流検出器CSは、最も高電位側の組電池BTの高電位側の端子と充電電流遮断回路との間に接続した高電位側の主回路配線の電流を検出する電流検出回路(図示せず)と、検出値を外部へ送信する通信回路(図示せず)と、を備えている。電流検出器CSは、例えば電池管理回路CTRから供給される電力により動作する。また、電流検出器CSは、電池管理回路CTRと通信可能に構成され、複数の組電池BTに流れる電流を周期的に検出し、例えばCANプロトコルに基づいて、検出結果を電池管理回路CTRへ送信する。
電流検出器CSの電流検出回路(主回路側)と通信回路(電池管理回路側)とは基準とする電圧が異なっている。本実施形態の蓄電池装置1は、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnを接続した大型の蓄電池装置であり、主回路には大きな電流が流れることとなる。一方で、電流検出器CSの通信端子は、電池管理回路CTRと電気的に接続している。このため、電池監視回路10の主回路側と通信回路側とは絶縁され、異なる電圧を基準として動作する。
なお、本実施形態の蓄電池装置において、電流検出器CSを備えるほうが好ましいが、電流検出器CSは必須の構成ではなく、省略しても構わない。電流検出器CSを備えることにより、電池管理回路CTRは、電流検出器CSの電流検出結果と電池監視回路より得られる電圧検出結果と合わせてより精度良くSOCを算出することができる。また、電池管理回路CTRは、電流検出器CSの電流検出結果を用いて、組電池BTに対する強制充電可否の判断が可能となる。
なお、本願において強制充電とは、例えば組電池BTの過放電が発生し、電池セル保護のために配線用遮断器14および充電電流遮断回路の電磁接触器18の接点が開放状態になったときに、蓄電池装置を再度使用可能な状態にするために、保守作業員が正極端子および負極端子に充電器を接続した後に端末装置よりCAN通信端子T3より電池管理回路CTRへ特別な設定を行って、配線用遮断器14および充電電流遮断回路の電磁接触器18の接点を閉じて行う充電のことである。上記強制充電により、組電池BT内の電池セルの電圧を復帰させることにより、蓄電池装置を使用可能な状態とすることができる。
配線用遮断器(MCCB:Molded Case Circuit Breaker)14は、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnの最も高電位側の端子(電池モジュールMDL1の正極端子)と正極端子Pとの間の電気的接続状態、および、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnの最も低電位側の端子(電池モジュールMDLnの負極端子)と負極端子Nとの間の電気的接続状態を切り替え可能に設けられている。配線用遮断器14は、主回路に過電流が流れたときに、高電位側の主回路と正極端子Pとの電気的接続、および、低電位側の主回路と負極端子Nとの電気的接続を遮断する。
電磁接触器19は、一端が配線用遮断器14を介して高電位側の主回路と電気的に接続し、他端が低電位側の主回路と電気的に接続している。配線用遮断器14は例えば熱動式の引き外し機構を備え、電磁接触器19の接点が閉じると、主回路から配線用遮断器14へ電流(引き外し電流)が供給され、例えば配線用遮断器14を加熱することにより主回路を遮断することが可能である。電磁接触器19は、電池管理回路CTRにより動作を制御され、B接点の回路であり、制御信号がオンのときは接点を開放した状態であり、制御信号がオフ(若しくは停止)のときは接点を閉じた状態となる。なお、配線用遮断器14は、電磁式の引き外し機構を備えるものであっても構わない。
ダイオード16は、高電位側の主回路に介在し、最も高電位側の電池モジュールMDL1の正極から蓄電池装置1の正極端子Pへ向かう方向を順方向として接続している。すなわち、ダイオード16は、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnから放電電流を流し、充電電流を流さない方向に接続している。
電磁接触器18は、高電位側の主回路において、ダイオード16と並列に接続している。電磁接触器18は、電池管理回路CTRにより動作を制御され、A接点の回路であり、電池管理回路CTRが起動しているとき(制御信号がオンのとき)に接点を閉じた状態であり、電池管理回路CTRが停止しているとき(制御信号がオフ(若しくは停止)のとき)に接点を開放した状態となる。
電磁接触器18が接点を閉じた状態であるときには、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnは、配線用遮断器14を介して充電および放電することが可能である。電磁接触器18により接点が開放された状態であるときには、ダイオード16により複数の電池モジュールMDL1〜MDLnへの充電電流が遮断されるため、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnは配線用遮断器14を介して放電のみ可能となる。
DC/DC回路12は、主回路配線から供給される電力により起動し、主回路配線から供給される直流電力を12Vの直流電力へ変換して電池管理回路CTRへ供給する。DC/DC回路12は、電池管理回路CTRからの電源制御信号PW_CTRLにより動作を制御される。DC/DC回路12は、例えば複数の組電池BTが過放電状態であるときには、電池管理回路CTRからの電源制御信号に従って動作を停止する。なお、DC/DC回路12は、蓄電池装置1が正常に停止したときには、停止せずに動作を継続する(例えばスタンバイ状態となる)ように構成されてもよい。
電池管理回路CTRは、例えば、少なくとも1つのプロセッサとメモリ(図示せず)とを備え、ソフトウエアにより下記動作を実現するように構成されてもよく、ハードウエアにより構成された回路により下記動作を実現するように構成されてもよく、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより下記動作を実現するように構成されていてもよい。
電池管理回路CTRは、複数の電池モジュールMDLの電池監視回路10から、電圧および温度の検出結果を取得する。また、電池管理回路CTRは、電流検出器CSから、複数の組電池BTに流れる電流の検出結果を取得する。電池管理回路CTRは、例えば、電圧、温度、および電流の検出結果を用いて、複数の組電池BT(或いは複数の二次電池セル)のSOC(state of charge)を演算することができる。
また、電池管理回路CTRは、主回路配線の電圧を取得してもよい。電池管理回路CTRは、主回路配線の電圧により、複数の組電池BTが過放電状態であるか否か、および、過充電状態であるか否かを判断してもよい。
もしくは、電池管理回路CTRは、複数の電池監視回路10による二次電池セルの電圧検出結果に基づいて、複数の組電池BTの直列接続分の電圧を積算演算し、得られた主回路配線電圧相当の電圧により、複数の組電池BTが過放電状態であるか否か、および、過充電状態であるか否かを判断してもよい。
電池管理回路CTRは、主回路配線の電圧を取得するには分圧などの影響を受けやすく、複数の組電池BTの直列接続分を積算演算し、得られた主回路配線電圧相当の電圧の方が分圧の影響なくより精度良く主回路配線の電圧を検出できるため好ましい。これにより、複数の組電池BTが過放電状態であるか否か、および、過充電状態であるか否かを、精度良く判断することができる。
また、蓄電池装置もしくは電池管理回路CTRには電池劣化推定部(図示せず)を設けることにより、電池管理回路CTRは、複数の組電池BTの劣化推定結果に応じて強制充電モード可否、もしくは、複数の強制充電モードから適切なモードを精度よく選択することが可能となる。電池劣化推定部は、例えば、電池セルの劣化状態(SOH:state of health)や、使用履歴などの情報に基づいて、組電池BTの劣化を推定することができる。
電池管理回路CTRは、DC/DC回路12を介して、複数の組電池BTから供給される電力(DC12V)により動作し、複数の電池監視回路10および電流検出器CSへ電力を供給する。また、電池管理回路CTRは、サービスディスコネクタSDCと遮断器CN、CPとの動作を制御可能である。
電池管理回路CTRは、蓄電池装置1の複数の端子、すなわち、SOC端子T1と、ENABLE端子T2と、CAN通信端子T3と、FULL端子T4と、EMPTY端子T5と、FAIL端子T6と、電源入力端子T7と、に電気的に接続している。
電池管理回路CTRは、複数の組電池BT(或いは複数の二次電池セル)のSOCをSOC端子T1へ出力することができる。
電池管理回路CTRは、ENABLE端子T2に印加される電圧に応じて起動する。例えば、電池管理回路CTRは、ENABLE端子T2から供給される信号がハイ(H)レベルとなったときに起動するように構成されている。
電池管理回路CTRは、CAN通信端子T3を介して、外部に接続された機器との間で互いにCANプロトコルに基づく信号を通信可能である。電池管理回路CTRは、例えば、複数の組電池BTの電圧、電流、温度、SOCの検出結果や、蓄電池装置1の各構成の制御情報等の所定期間分を内蔵のメモリに蓄積し、外部から要求された際にメモリから読み出して過去のログ情報として外部へ出力することができる。
電池管理回路CTRは、複数の組電池BTのSOCが所定の閾値以上となったときに満充電であると判断し、FULL端子T4へ満充電である旨を通知する信号を出力することができる。
電池管理回路CTRは、複数の組電池BTのSOCが所定の閾値未満となったときに完放電であると判断し、EMPTY端子T5へ完放電である旨を通知する信号を出力することができる。
電池管理回路CTRは、蓄電池装置1が故障していると判断したときに、FAIL端子T6へ故障である旨を通知する信号を出力することができる。例えば、複数の組電池BTが過充電状態であるとき、および、過放電状態であるときには、電池管理回路CTRは蓄電池装置1の故障であると判断し、FAIL端子T6を介して外部へ故障を通知することができる。
電池管理回路CTRは、電源入力端子T7を介して外部から供給される電源(12V)により起動することができる。なお、電源入力端子T7は、DC/DC回路12と電池管理回路CTRとの間に接続した電源供給ラインと電気的に接続するように構成されてもよい。電源入力端子T7から電源を入力する電池管理回路CTRの端子は、DC/DC回路12から電源を入力する電池管理回路CTRの端子と共通であってもよく、それぞれ独立して設けられてもよい。
次に、上述の蓄電池装置1において異常が検出されたときの動作の一例について説明する。蓄電池装置1は、例えば、組電池BTが過充電状態であるとき、組電池BTが過放電状態であるとき、組電池BTが過温度状態であるとき、および、蓄電池装置1に内蔵された構成の故障が検出されたときに、異常が検出されたものとして充電および放電を停止する。
電池管理回路CTRは、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnから複数の電池セルの電圧、組電池BTの温度を受信し、電流センサCSから主回路に流れる電流を受信して、例えば複数の組電池BTが満充電状態であると判断したときには、FULL端子T4へ満充電である旨を通知する信号を出力する。
この状態でさらに複数の組電池BTの充電が継続されたとき、電池管理回路CTRは、複数の電池セルの電圧、組電池BTの温度、主回路に流れる電流の監視を継続し、複数の組電池BTが過充電状態であると判断したときには、蓄電池装置1の故障であるとし、FAIL端子T6を介して外部へ故障を通知する。このとき、電池管理回路CTRは、制御信号をオフとして電磁接触器19により接点を閉じて、配線用遮断器14へ電流を供給し、配線用遮断器14を開いて主回路を遮断することができる。このことにより、複数の組電池BTが更に充電されることはなくなり、蓄電池装置1が危険な状態となることを回避することができる。
次に、上記蓄電池装置1において、電池管理回路CTRへの電源供給がなくなり、停止したときの動作の一例について説明する。
例えばDC/DC回路12の故障等により、電池管理回路CTRへ電源(DC12V)が供給されなくなった場合、電池管理回路CTRが停止し、複数の電池セルの電圧、組電池の温度、および、主回路に流れる電流が監視されない状態となる。
このとき、電池管理回路CTRが停止して電池管理回路CTRから電磁接触器19への制御信号がオフとなり、電磁接触器19の接点が閉じて配線用遮断器14への電流経路が接続されると、配線用遮断器14へ電流が供給されることにより配線用遮断器が加熱され、配線用遮断器14により主回路が遮断される。また、電池管理回路CTRからの制御信号が停止すると、電磁接触器18への制御信号がオフとなり、電磁接触器18の接点が開放されて、主回路の電気的接続が遮断される。
したがって、電池モジュールMDL1の高電位側の端子は、電池管理回路CTRが停止してから配線用遮断器14により主回路が遮断されるまでの間、ダイオード16および配線用遮断器14を介して蓄電池装置1の正極端子Pと電気的に接続する。これにより、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnへの充電電流は遮断され、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnは放電のみが可能となる。
例えばリチウムイオン電池の電池セルを、電圧および温度の監視をせずに充電すると、電池セルが過電圧状態に至り、爆発・発火等により使用者に危害が加わる事象に至る可能性がある。
これに対し、本実施形態の蓄電池装置1によれば、電池管理回路CTRへの電源供給が停止し、複数の電池セルの電圧等の監視ができない状態となったときに、複数の電池モジュールMDL1〜MDLnの充電電流を遮断し、複数の組電池BTが過充電状態となり、更に蓄電池装置1が危険な状態となることを回避することができる。また、電池管理回路CTRの動作が突然停止したときであっても、蓄電池装置1からの放電が突然停止することはなく、負荷システムへの電力供給が突然停止することを回避することができる。
すなわち、本実施形態の蓄電池装置によれば、蓄電池装置の安全性を担保することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (3)

  1. 外部と電気的に接続可能な正極端子および負極端子と、
    複数の電池セルを含む組電池と、複数の前記電池セルの電圧と前記組電池の温度とを検出する電池監視回路と、をそれぞれ備えた複数の電池モジュールと、
    複数の前記電池モジュールの高電位側の端子と前記正極端子との間、および、複数の前記電池モジュールの低電位側の端子と前記負極端子との間を電気的に接続する主回路と、
    複数の前記電池監視回路から複数の前記電池セルの電圧と前記組電池の温度とを受信する電池管理回路と、
    前記主回路から得られる直流電力を所定の大きさに変換し、前記電池管理回路へ電源を供給する電源回路と、
    前記主回路に過電流が流れたときに前記主回路を遮断する配線用遮断器と、
    前記電池管理回路からの制御信号が停止したときに、前記主回路において、複数の前記電池モジュールを充電する方向の電流を遮断する充電電流遮断回路と、を備えた蓄電池装置。
  2. 前記主回路から前記配線用遮断器へ引き外し電流を供給する経路と、前記電池管理回路からの制御信号が停止したときに前記経路において接点を閉じる第1電磁接触器とを含む、前記配線用遮断器の引き外し回路を更に備えた請求項1記載の蓄電池装置。
  3. 前記充電電流遮断回路は、複数の前記電池モジュールの前記高電位側の端子から前記正極端子へ電流が流れる方向を順方向として前記主回路に介在するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続し、前記電池管理回路からの制御信号が停止したときに接点を開放する第2電磁接触器と、を備える、請求項1又は請求項2記載の蓄電池装置。
JP2019541521A 2017-09-12 2017-09-12 蓄電池装置 Active JP6848075B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/032883 WO2019053786A1 (ja) 2017-09-12 2017-09-12 蓄電池装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019053786A1 JPWO2019053786A1 (ja) 2020-07-27
JP6848075B2 true JP6848075B2 (ja) 2021-03-24

Family

ID=65722517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019541521A Active JP6848075B2 (ja) 2017-09-12 2017-09-12 蓄電池装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11437834B2 (ja)
JP (1) JP6848075B2 (ja)
CN (1) CN111095719B (ja)
WO (1) WO2019053786A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7191873B2 (ja) * 2020-01-17 2022-12-19 株式会社東芝 充放電制御装置、充放電システム、充放電制御方法及び充放電制御プログラム
TWI764440B (zh) * 2020-12-15 2022-05-11 國家中山科學研究院 電池測試系統安全保護裝置與方法
WO2023218771A1 (ja) * 2022-05-09 2023-11-16 三菱パワー株式会社 発電システムおよび制御方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6331763B1 (en) * 1998-04-15 2001-12-18 Tyco Electronics Corporation Devices and methods for protection of rechargeable elements
US6229287B1 (en) * 2000-01-24 2001-05-08 Michael T. Ferris Battery charger
JP4241714B2 (ja) * 2005-11-17 2009-03-18 パナソニック電工株式会社 電動工具用の電池パック
US20100119881A1 (en) * 2008-10-02 2010-05-13 Leyden Energy Electronic current interrupt device for battery
CN102473878B (zh) * 2009-09-28 2014-10-15 株式会社日立制作所 电池系统
JP5611727B2 (ja) * 2010-08-27 2014-10-22 三洋電機株式会社 電源装置
US9000935B2 (en) * 2011-03-31 2015-04-07 Elite Power Solutions Llc Battery management system
JP5787997B2 (ja) * 2011-05-31 2015-09-30 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池システム監視装置
EP3425651A3 (en) * 2011-06-14 2019-01-16 Panasonic Corporation Communication apparatus
JP5755540B2 (ja) * 2011-09-20 2015-07-29 株式会社東芝 蓄電池装置及び蓄電池装置の運転方法
JP2013078241A (ja) 2011-09-30 2013-04-25 Toshiba Corp 蓄電池装置、蓄電池装置の制御方法及び制御プログラム
US9496749B2 (en) 2012-03-23 2016-11-15 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Storage battery control device and electrical storage device
JP2014143795A (ja) 2013-01-22 2014-08-07 Toshiba Corp 蓄電池装置および蓄電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
US20200212697A1 (en) 2020-07-02
CN111095719B (zh) 2023-12-01
JPWO2019053786A1 (ja) 2020-07-27
US11437834B2 (en) 2022-09-06
CN111095719A (zh) 2020-05-01
WO2019053786A1 (ja) 2019-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9130383B2 (en) Charging/discharging control device, battery pack, electrical equipment, and charging/discharging control method
RU2500062C2 (ru) Быстродействующее переключающее устройство для аккумуляторной батареи высокой мощности в изолированной сети постоянного тока
US7898216B2 (en) Rechargeable battery device having a protection circuit for protecting from overcharge and overdischarge
JP7130907B2 (ja) メインバッテリー及びサブバッテリーを制御するための装置、バッテリーシステム及び方法
US11984719B2 (en) Quick battery disconnect system for high current circuits
WO2012050210A1 (ja) 蓄電システム及び制御装置
CN114421096A (zh) 电压变化减小的电池组
JP2000133318A (ja) バッテリパック
US11437834B2 (en) Storage battery apparatus with current cutoff control
JP2009117262A (ja) パック電池
JP6087675B2 (ja) 電池モジュール
JPH07241040A (ja) 電池パック及び二次電池の充放電制御方式
CN108155695B (zh) 电池单柜组并联充放电系统与保护方法
AU2019415335B2 (en) Power conversion and control device and energy storage system having the device
JP2001112182A (ja) 二次電池の保護回路
WO2015040655A1 (ja) スイッチング装置および蓄電池システム
JP2004146307A (ja) バッテリーユニット
WO2019193637A1 (ja) 電池装置および車両
JP6772931B2 (ja) 電池パックの放電制御装置
WO2018173157A1 (ja) 電池装置および電池装置の制御方法
WO2019038553A1 (en) BATTERY SAFETY PROTECTION
AU2018351679B2 (en) Battery system, local electrical grid and disconnector
WO2019049378A1 (ja) 蓄電池装置
KR20190080323A (ko) Ass 조작용 파워뱅크
KR20240052546A (ko) 고장 배터리 셀의 연결을 단선시키는 배터리 팩

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210202

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210303

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6848075

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151