JP7470638B2 - 管理システム、及び、セル監視回路 - Google Patents

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Description

本開示は、管理システム、及び、これに用いられるセル監視回路に関する。
特許文献１は、複数の電池セルを備えた電池システムに関し、特に複数の電池セルを備えた電池システム用のセル平衡化システムおよび電池セルの平衡を保つ従来技術の方法を開示している。
米国特許第９１５３９７３号明細書
本開示は、セル監視回路の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる管理システム、及び、これに用いられるセル監視回路を提供する。
本開示の一態様に係る管理システムは、交流電力線に接続された複数のセル監視回路と、前記交流電力線に接続された管理装置とを備え、前記管理装置は、前記複数のセル監視回路のそれぞれにおける、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量を示す情報に基づいて、前記複数のセル監視回路の少なくとも１つに、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量の制御を指示する情報処理部を備える。
本開示の一態様に係るセル監視回路は、蓄電セルを監視するセル監視回路であって、交流電力線から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子と、前記蓄電セルの状態を管理する管理装置であって、前記交流電力線に絶縁素子を介して接続された管理装置から、前記蓄電セルの蓄電量の制御の指示を受ける通信回路と、前記指示に基づいて、前記蓄電セルの蓄電量を制御する回路とを備える。
本開示によれば、セル監視回路の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる管理システム、及び、これに用いられるセル監視回路が実現される。
図１は、実施の形態１に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。 図２は、実施の形態１に係るＢＭＳの動作のフローチャートである。 図３は、実施の形態２に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。 図４は、実施の形態２に係るＢＭＳの動作のフローチャートである。 図５は、実施の形態３に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。 図６は、実施の形態３に係るＢＭＳの動作のフローチャートである。 図７は、実施の形態４に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。 図８は、実施の形態４に係るＢＭＳの動作のフローチャートである。
（実施の形態１）
［構成］
以下、実施の形態１に係るＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、バッテリマネジメントシステム）について説明する。まず、実施の形態１に係るＢＭＳの構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。
実施の形態１に係るＢＭＳ１００は、例えば、電気自動車などの車両に搭載される。ＢＭＳ１００は、ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）１０と、複数の二次電池セル２１と、複数の二次電池セル２１に対応する複数のセル監視回路（ＣＳＣ：Ｃｅｌｌ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ）３０とを備える。図１では、組電池２０及びセル監視回路３０は、２つずつ図示されているが、二次電池セル２１及びセル監視回路３０の数は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。また、ＢＭＳ１００は、二次電池セル２１及びセル監視回路３０のそれぞれを１つだけ備えてもよい。ＢＭＵ１０、及び、複数のセル監視回路３０のそれぞれは、トランスを介して交流電力線５０に接続されている。
ＢＭＵ１０は、複数の二次電池セル２１の状態の監視、及び、複数の二次電池セル２１の充電制御を行う。二次電池セル２１は、蓄電セルの一例である。二次電池セル２１は、具体的には、リチウムイオン電池であるが、ニッケル水素電池などその他の電池であってもよい。複数の二次電池セル２１は、例えば、直列接続されるが、一部または全部が並列接続されていてもよい。複数の二次電池セル２１は、組電池を構成する。
なお、ＢＭＳ１００は、複数の二次電池セル２１に代えて、複数の蓄電キャパシタセルを備えてもよい。蓄電キャパシタセルは、蓄電セルの別の一例である。蓄電キャパシタセルは、具体的には、電気二重層コンデンサであるが、リチウムイオンキャパシタなどであってもよい。
ＢＭＵ１０は、具体的には、複数の通信回路１１と、交流電源１２と、制御マイコン１３と、トランス１４とを備える。なお、ＢＭＵ１０は、少なくとも制御マイコン１３を備えていればよい。
通信回路１１は、第二通信回路の一例であり、ＢＭＵ１０が複数のセル監視回路３０のそれぞれと交流電力線５０を介して通信を行うための回路である。通信回路１１は、具体的には、信号を送信するための送信回路、フィルタ、及び、増幅回路、並びに、信号を受信するための受信回路、フィルタ、及び、増幅回路などを含む。通信に用いられる交流電力線５０は、ＢＭＵ１０、及び、複数のセル監視回路３０で共用される電力線であり、ＢＭＵ１０、及び、複数のセル監視回路３０のそれぞれにトランスを介して接続される。交流電力線５０は、交流電源１２から複数のセル監視回路３０への電力供給に用いられる。
交流電源１２は、交流電力線５０を介して複数のセル監視回路３０のそれぞれに交流電力を供給する。このようにＢＭＳ１００では、ＢＭＵ１０から複数のセル監視回路３０のそれぞれにガルバニックアイソレーション境界を超えて交流電力が供給される。言い換えれば、セル監視回路３０は、組電池２０ではなく、交流電源１２によって供給される電力によって動作する。
制御マイコン１３は、複数の二次電池セル２１の状態の監視、及び、複数の組電池２０の制御を行う。制御マイコン１３は、情報処理部の一例である。
複数のセル監視回路３０は、複数の二次電池セル２１に１対１で対応する回路である。つまり、１つのセル監視回路３０は、１つの二次電池セル２１のみを監視対象とする。セル監視回路３０は、回路モジュールであり、基板に回路部品が実装されることによって形成される。セル監視回路３０は、具体的には、計測回路３１と、通信回路３７と、トランス３８と、変換回路３９と、クロック生成回路４０と、充電回路４１とを備える。
計測回路３１は、監視対象の二次電池セル２１の蓄電量を計測する。計測回路３１は、具体的には、監視対象の二次電池セル２１の電圧値を当該二次電池セル２１の蓄電量を示すパラメータとして計測する。計測回路３１は、スイッチング素子３２と、ＡＤ変換器３４と、記憶部３５と、制御回路３６とを備える。なお、計測回路３１は、蓄電量を直接または間接に示すパラメータを計測すればよい。
スイッチング素子３２は、オンすることで接続する二次電池セル２１を放電させて蓄電量を調整する。
ＡＤ変換器３４は、二次電池セル２１のアナログの電圧値をデジタルの電圧値に変換する。
記憶部３５は、例えば、不揮発性の半導体メモリであり、セル監視回路３０を他のセル監視回路３０と識別するためのアドレス（言い換えれば、識別情報または認識符号）が記憶される。このアドレスは、二次電池セル２１を他の二次電池セル２１と識別するための識別情報と考えることもできる。なお、図１の例では、記憶部３５は、計測回路３１の一部として図示されている（つまり、計測回路３１によって備えられている）が、計測回路３１とは別の構成要素とされてもよい。
制御回路３６は、ＡＤ変換器３４から出力されるデジタルの電圧値に、記憶部３５に記憶されたアドレスを付与した情報（計測回路３１によって計測された蓄電量を示す情報とも記載される）を生成し、生成した情報を通信回路３７に出力する。制御回路３６は、言い換えれば、制御ロジック回路である。
通信回路３７は、第一通信回路の一例であり、組電池２０の状態を管理するＢＭＵ１０に、計測回路３１によって計測された蓄電量を示す情報を、トランス３８を介して送信する。通信回路３７は、具体的には、信号を送信するための送信回路、フィルタ、及び、増幅回路、並びに、信号を受信するための受信回路、フィルタ、及び、増幅回路などを含む。
トランス３８は、計測回路３１が組電池２０とは異なる電源である交流電源１２から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子である。なお、セル監視回路３０は、トランス３８に代えて他のコイル素子を絶縁素子として備えてもよい。
変換回路３９は、交流電源１２からトランス３８を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を計測回路３１、通信回路３７、クロック生成回路４０、及び、充電回路４１に供給する。変換回路３９は、具体的には、全波整流回路、平滑回路、及び、レギュレータなどによって構成される。
なお、交流電源１２によって供給される交流電力の周波数は、例えば、数百ｋＨｚであり、より具体的には、例えば、３５０ｋＨｚである。交流電圧の実効値は、例えば、５Ｖである。なお、交流電源１２の周波数、及び、実効値は特に限定されない。
クロック生成回路４０は、交流電力の周波数に同期したクロック信号を生成する。計測回路３１は、生成されたクロック信号に基づいて二次電池セル２１の電圧値を計測する。クロック生成回路４０は、具体的には、位相同期回路（言い換えれば、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路）によって実現される。クロック生成回路４０によれば、複数のセル監視回路３０それぞれのシステムクロックを同期させることができる。
充電回路４１は、変換回路３９によって出力される直流電力により、二次電池セル２１を充電する。充電回路４１の動作は、例えば、制御回路３６によって制御される。
［一般的なＢＭＳとの構成の違い］
一般的なＢＭＳは、二次電池セル２１の過充電による発熱、発火、爆発、及び、劣化を抑制し、かつ、充電によって二次電池セルの蓄電量を最大化するために複数の二次電池セルの蓄電量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を均等化するセルバランス処理を行った上で組電池２０を充電する。このとき、ＢＭＵは、二次電池セルの蓄電量（言い換えれば、二次電池セルの電圧値）を管理するために、複数のセル監視回路と、デージ（数珠つなぎ）通信を実施する。
一般的なＢＭＳにおいては、複数のセル監視回路３０のそれぞれは、当該セル監視回路の監視対象の二次電池セルから電力の供給を受ける。このような構成においては、複数のセル監視回路の動作電力のばらつきがセルバランスを崩す要因となる。特に、複数のセル監視回路の通信頻度の違いによって生じる動作電力のばらつきは、セルバランスが崩れる大きな要因となる。
セルバランスが崩れることを抑制するため、二次電池セルと異なる別電源（ＢＭＳが車載用途の場合は、１２Ｖバッテリなど）からセル監視回路へ電力を供給する方法が考えられる。この方法においては、上記別電源と二次電池セルとは、ガルバニックアイソレーションされる必要がある。別電源からセル監視回路へ電力を供給する方法は、具体的には、トランスを用いた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータによるセル監視回路への給電などである。
しかしながら、別電源からセル監視回路へ電力を供給する方法を一般的なＢＭＳに適用する場合、複数のセル監視回路とＢＭＵとの間に、電力供給経路（例えば、配線またはハーネスなど）を設ける必要がある。そうすると、部品点数の増加、及び、重量の増大などの新たな課題が生じる。
これに対し、ＢＭＳ１００は、交流電源１２による電力供給経路（交流電力線５０及びトランス３８）を、ＢＭＵ１０及びセル監視回路３０の通信経路としても使用するため、電力供給経路を別途設ける必要がない。つまり、ＢＭＳ１００は、部品点数の増加、及び、重量の増大などを抑制し、かつ、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。
なお、通信において使用される周波数帯域は、交流電力の周波数よりも高い。つまり、通信回路１１及び通信回路３７は、交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して通信を行う。通信の搬送波周波数は、例えば、２０ＭＨｚである。
また、通信に使用される周波数帯域は、複数の周波数チャンネルに分割されてもよい。例えば、複数のセル監視回路３０のそれぞれは、周波数帯域のうちの一部を当該セル監視回路３０に割り当てられた通信チャンネルとして使用する。これにより、通信速度及び通信品質を向上することができる。
［動作］
また、ＢＭＳ１００では、アクティブ方式のセルバランス処理を容易に行うことができる。以下、このようなＢＭＳ１００の動作について説明する。図２は、ＢＭＳ１００の動作のフローチャートである。
まず、複数のセル監視回路３０のそれぞれは、計測回路３１によって計測された二次電池セル２１の蓄電量を示す情報を通信回路３７を用いて送信する。ＢＭＵ１０の通信回路１１は、複数のセル監視回路３０のそれぞれから、当該セル監視回路３０の監視対象の二次電池セル２１の蓄電量を示す情報を受信する（Ｓ１１）。上述のように、この情報にはアドレスが含まれるため、ＢＭＵ１０（制御マイコン１３）は、複数の二次電池セル２１の蓄電量を区別することができる。
次に、ＢＭＵ１０の制御マイコン１３は、受信された情報に基づいて、複数のセル監視回路３０の少なくとも１つに交流電力線５０から得られる交流電力を用いた二次電池セル２１の充電を指示する（Ｓ１２）。
制御マイコン１３は、具体的には、ステップＳ１１で受信された蓄電量を示す情報に基づいて、最も蓄電量の大きい二次電池セル２１を対象セルとして特定する。続いて、制御マイコン１３は、対象セル以外の二次電池セル２１を監視対象としているセル監視回路３０に、当該セル監視回路３０の監視対象の二次電池セル２１の蓄電量が対象セルの蓄電量と実質的に等しくなるまで充電を行うように指示する。この指示は、通信回路１１及び通信回路３７の通信（つまり、交流電力線５０を用いた通信）によって行われ、指示を受けたセル監視回路３０の制御回路３６は、充電回路４１に二次電池セル２１の充電を行わせる。
以上説明したように、ＢＭＳ１００は、各々が互いに異なるセル監視回路３０に接続された複数の二次電池セル２１のセルバランスの均一化を、二次電池セル２１の充電により実現することができる。ＢＭＳ１００によって実現されるアクティブ方式のセルバランス処理は、二次電池セル２１を強制放電して熱エネルギーに変換するパッシブ方式のセルバランス処理で問題となる発熱を抑制することができる。
（実施の形態２）
［構成］
以下、実施の形態２に係るＢＭＳについて説明する。まず、実施の形態２に係るＢＭＳの構成について説明する。図３は、実施の形態２に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。なお、実施の形態２では、実施の形態１との相違点を中心に説明が行われ、実施の形態１で説明された事項については、適宜、説明が省略または簡略化される。
実施の形態２に係るＢＭＳ１００ａは、ＢＭＵ１０と、複数の組電池２０と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路３０ａとを備える。
セル監視回路３０とセル監視回路３０ａとの相違点は、セル監視回路３０ａは、複数の二次電池セル２１を含む組電池２０を監視対象としている点である。複数の二次電池セル２１は、互いに直列接続されているが、一部が並列接続されていてもよい。また、組電池２０に含まれる二次電池セル２１の数は特に限定されない。
また、このようにセル監視回路３０ａが複数の二次電池セル２１を監視対象とすることに対応して、セル監視回路３０ａが備える計測回路３１ａは、複数のスイッチング素子３２と、マルチプレクサ３３とを備える。
マルチプレクサ３３は、複数のスイッチング素子３２を選択的にオンすることにより、オンされたスイッチング素子３２に対応する二次電池セル２１の両端の電圧値を計測する。マルチプレクサ３３は、例えば、複数のスイッチング素子３２を所定の順序で選択的にオンすることにより、１つの組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１それぞれの電圧値を計測する。
また、セル監視回路３０ａは、充電回路４１に代えて、充電回路４２を備えている。充電回路４２は、変換回路４２ａと、選択回路４３ａとを含む。
変換回路４２ａは、交流電力線５０から得られる交流電力を直流電力に変換する。変換回路４２ａは、具体的には、トランスと、このトランスを介して供給される交流電力を直流電力（直流電圧）に変換する全波整流回路と、全波整流回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路とを含む。変換回路４２ａは、変換回路３９とは別の変換回路である。
選択回路４２ｂは、セル監視回路３０ａの監視対象の複数の二次電池セル２１を選択的に充電するための回路である。選択回路４２ｂは、具体的には、変換回路４２ａに含まれる全波整流回路の２つの出力端子を、複数の二次電池セル２１のいずれに電気的に接続するかを切り替える。つまり、選択回路４２ｂは、充電の対象となる二次電池セル２１を切り替える。選択回路４２ｂは、複数のスイッチング素子によって実現され、複数のスイッチング素子のオン及びオフの制御は、例えば、制御回路３６によって行われる。
一般的に、互いに直列接続された複数の二次電池セルをセル監視回路が監視する場合、複数の二次電池セルはそれぞれ基準電位が異なる。このため、複数の二次電池セルを選択的に充電するためには、インバータ、ＤＣ－ＤＣコンバータ、または、チャージポンプ等を用いて、セル監視回路の最下位電位（ＧＮＤ）から基準電圧を持ち上げて充電を行う必要がある。つまり、電圧シフトを行う必要がある。
これに対し、ＢＭＳ１００ａでは、セル監視回路３０ａに供給される電力が交流電力である。充電回路４２は、上記の回路構成により、交流電力が供給されることを利用して容易に電圧シフトを行うことができる。
［動作］
以下、ＢＭＳ１００ａの動作について説明する。図４は、ＢＭＳ１００ａの動作のフローチャートである。
まず、複数のセル監視回路３０ａのそれぞれは、計測回路３１によって計測された複数の二次電池セル２１の蓄電量を示す情報を、通信回路３７を用いて送信する。ＢＭＵ１０の通信回路１１は、複数のセル監視回路３０ａのそれぞれから、当該セル監視回路３０ａの監視対象の複数の二次電池セル２１の蓄電量を示す情報を受信する（Ｓ２１）。上述のように、この情報にはアドレスが含まれるため、ＢＭＵ１０（制御マイコン１３）は、情報の送信元のセル監視回路３０ａ（組電池２０）を特定することができる。なお、セル監視回路３０ａは、監視対象の複数の二次電池セル２１の蓄電量を示す情報を順番に送信する。セル監視回路３０ａの監視対象の複数の二次電池セル２１の区別（１つの組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１の区別）は、例えば、この順番によって行われる。
次に、ＢＭＵ１０の制御マイコン１３は、受信された情報に基づいて、複数のセル監視回路３０ａの少なくとも１つに交流電力線５０から得られる交流電力を用いた二次電池セル２１の充電を指示する（Ｓ２２）。
制御マイコン１３は、具体的には、ステップＳ２１で受信された蓄電量を示す情報に基づいて、最も蓄電量の大きい二次電池セル２１を対象セルとして特定する。続いて、制御マイコン１３は、対象セル以外の二次電池セル２１を監視対象としているセル監視回路３０ａに、当該セル監視回路３０ａの監視対象の二次電池セル２１の蓄電量が対象セルの蓄電量と実質的に等しくなるまで充電を行うように指示する。この指示は、通信回路１１及び通信回路３７の通信（つまり、交流電力線５０を用いた通信）によって行われ、指示を受けたセル監視回路３０ａの制御回路３６は、充電回路４２に二次電池セル２１の充電を行わせる。つまり、充電回路４２は、ＢＭＵ１０からの指示に基づいて、二次電池セル２１から交流電力線５０への放電を行う。
以上説明したように、ＢＭＳ１００ａは、二次電池セル２１のセルバランスの均一化を、二次電池セル２１の充電により実現することができる。ＢＭＳ１００ａによって実現されるアクティブ方式のセルバランス処理は、パッシブ方式のセルバランス処理で問題となる発熱を抑制することができる。
（実施の形態３）
［構成］
以下、実施の形態３に係るＢＭＳについて説明する。まず、実施の形態３に係るＢＭＳの構成について説明する。図５は、実施の形態３に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。なお、実施の形態３では、実施の形態１及び２との相違点を中心に説明が行われ、実施の形態１及び２で説明された事項については、適宜、説明が省略または簡略化される。
実施の形態３に係るＢＭＳ１００ｂは、ＢＭＵ１０と、複数の組電池２０と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路３０ｂと、組電池充電回路６０とを備える。
セル監視回路３０ａとセル監視回路３０ｂとの相違点は、セル監視回路３０ｂは、充電回路４２に代えて、放電回路４３を備えている点である。放電回路４３は、選択回路４３ａと、変換回路４３ｂとを含む。
選択回路４３ａは、セル監視回路３０ｂの監視対象の複数の二次電池セル２１を選択的に放電するための回路である。選択回路４３ａは、具体的には、変換回路４３ｂの２つの入力端子を、複数の二次電池セル２１のいずれに電気的に接続するかを切り替える。つまり、選択回路４３ａは、放電の対象となる二次電池セル２１を切り替える。選択回路４３ａは、複数のスイッチング素子によって実現され、複数のスイッチング素子のオン及びオフの制御は、例えば、制御回路３６によって行われる。
変換回路４３ｂは、二次電池セル２１の放電によって得られる直流電力を交流電力に変換して交流電力線５０に出力する。変換回路４３ｂは、具体的には、４つのスイッチング素子によって構成されるインバータ回路である。４つのスイッチング素子のオン及びオフの制御は、例えば、制御回路３６によって行われる。
また、ＢＭＳ１００ｂは、組電池充電回路６０を備えている。組電池充電回路６０は、放電回路４３の放電によって交流電力線５０から得られる交流電力を用いて二次電池セル２１を含む組電池２０(より詳細には、直列接続された複数の組電池２０)を充電するための回路である。組電池充電回路６０は、具体的には、交流電力線５０に接続されるトランス、このトランスを介して供給される交流電力を直流電力に変換する全波整流回路、全波整流回路によって出力される直流電圧を平滑化する平滑回路、及び、充電のオン及びオフを制御する充電制御部などを含む。
［動作］
以下、ＢＭＳ１００ｂの動作について説明する。図６は、ＢＭＳ１００ｂの動作のフローチャートである。
まず、複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、計測回路３１によって計測された複数の二次電池セル２１の蓄電量を示す情報を、通信回路３７を用いて送信する。ＢＭＵ１０の通信回路１１は、複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれから、当該セル監視回路３０ｂの監視対象の複数の二次電池セル２１の蓄電量を示す情報を受信する（Ｓ３１）。上述のように、この情報にはアドレスが含まれるため、ＢＭＵ１０（制御マイコン１３）は、情報の送信元のセル監視回路３０ｂ（組電池２０）を特定することができる。
なお、セル監視回路３０ｂは、監視対象の複数の二次電池セル２１の蓄電量を示す情報を順番に送信する。セル監視回路３０ｂの監視対象の複数の二次電池セル２１の区別（つまり、１つの組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１の区別）は、例えば、この順番によって行われる。
次に、ＢＭＵ１０の制御マイコン１３は、受信された情報に基づいて、複数のセル監視回路３０ｂの少なくとも１つに交流電力線５０から得られる交流電力を用いた二次電池セル２１の放電を指示する（Ｓ３２）。
制御マイコン１３は、具体的には、ステップＳ３１で受信された蓄電量を示す情報に基づいて、最も蓄電量の小さい二次電池セル２１を対象セルとして特定する。続いて、制御マイコン１３は、対象セル以外の二次電池セル２１を監視対象としているセル監視回路３０ｂに、当該セル監視回路３０ｂの監視対象の二次電池セル２１の蓄電量が対象セルの蓄電量と実質的に等しくなるまで放電を行うように指示する。この指示は、通信回路１１及び通信回路３７の通信（つまり、交流電力線５０を用いた通信）によって行われ、指示を受けたセル監視回路３０ｂの制御回路３６は、放電回路４３に二次電池セル２１の放電を行わせる。つまり、放電回路４３は、ＢＭＵ１０からの指示に基づいて、二次電池セル２１から交流電力線５０への放電を行う。
なお、放電回路４３によって交流電力線５０へ放電（言い換えれば、交流電力の加算）を行う場合、放電電力の周波数及び位相は、交流電源１２の周波数及び位相に合わせられる必要がある。ＢＭＳ１００ｂでは、セル監視回路３０ｂにトランス３８を介して交流電力が供給されている。このため、セル監視回路３０ｂ（具体的には、制御回路３６など）は、交流電力をモニタして放電回路４３を制御することで、放電電力の周波数及び位相を交流電源１２の周波数及び位相に容易に合わせることができる。なお、交流電力の加算においては、適宜、電流計（図５中で記号「Ａ」で表される構成要素）を用いて、放電電力の電流の向きについても調整される。
ここで、放電回路４３によって放電された交流電力線５０に放電された電力は、どのように使用されてもよいが、ＢＭＳ１００ｂでは、組電池２０に回生される。つまり、組電池２０が充電される（Ｓ３３）。具体的には、例えば、ＢＭＵ１０（制御マイコン１３）による、交流電力線５０を用いた通信経路（図５で不図示）を介した指示により組電池充電回路６０（充電制御部）がオンされる。
以上説明したように、ＢＭＳ１００ｂは、二次電池セル２１のセルバランスの均一化を、二次電池セル２１の放電により実現することができる。ＢＭＳ１００ｂによって実現されるアクティブ方式のセルバランス処理は、パッシブ方式のセルバランス処理で問題となる発熱を抑制することができる。
また、一般的なアクティブ方式のセルバランス処理では、放電電力をどのように処理するかが課題となるが、ＢＭＳ１００ｂは、放電電力を交流電力線５０に出力することで、組電池２０への放電電力の回生を容易に実現することができる。
なお、ＢＭＳ１００ｂは、放電電力（セルバランス処理で加算される電力）と、交流電源１２が出力する交流電力と、回生電力との総和を、システム全体で消費される電力に一致させることがより好ましい。
（実施の形態４）
［構成］
以下、実施の形態４に係るＢＭＳについて説明する。まず、実施の形態４に係るＢＭＳの構成について説明する。図７は、実施の形態４に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。なお、実施の形態４では、実施の形態１～３との相違点を中心に説明が行われ、実施の形態１～３で説明された事項については、適宜、説明が省略または簡略化される。
実施の形態４に係るＢＭＳ１００ｃは、ＢＭＵ１０と、複数の組電池２０と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路３０ｂと、バッテリ充電回路７０とを備える。
ＢＭＳ１００ｂとＢＭＳ１００ｃとの相違点は、ＢＭＳ１００ｃは、組電池充電回路６０に代えてバッテリ充電回路７０を備えている点である。
バッテリ充電回路７０は、放電回路４３の放電によって交流電力線５０から得られる交流電力を用いて組電池２０（二次電池セル２１）と異なるバッテリ８０を充電するための回路である。バッテリ８０は、例えば、車載用の１２Ｖバッテリであり、組電池２０とは、ガルバニックアイソレーションされている。バッテリ充電回路７０は、具体的には、交流電力線５０に接続されるトランス、このトランスを介して供給される交流電力を直流電力に変換する全波整流回路、全波整流回路によって出力される直流電圧を平滑化する平滑回路、及び、充電のオン及びオフを制御する充電制御部などを含む。
［動作］
以下、ＢＭＳ１００ｃの動作について説明する。図８は、ＢＭＳ１００ｃの動作のフローチャートである。
まず、ＢＭＵ１０の通信回路１１は、複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれから、当該セル監視回路３０ｂの監視対象の複数の二次電池セル２１の蓄電量を示す情報を受信する（Ｓ４１）。ステップＳ４１の処理は、ステップＳ３１の処理と同様である。
次に、ＢＭＵ１０の制御マイコン１３は、受信された情報に基づいて、複数のセル監視回路３０ｂの少なくとも１つに交流電力線５０から得られる交流電力を用いた二次電池セル２１の放電を指示する（Ｓ４２）。ステップＳ４２の処理は、ステップＳ３２の処理と同様である。
ＢＭＳ１００ｃでは、放電回路４３によって放電された交流電力線５０に放電された電力は、ガルバニックアイソレーション境界を超えて組電池２０とは別のバッテリ８０に回生される。つまり、バッテリ８０が充電される（Ｓ４３）。具体的には、例えば、ＢＭＵ１０（制御マイコン１３）による、交流電力線５０を用いた通信経路（図７で不図示）を介した指示によりバッテリ充電回路７０（充電制御部）がオンされる。
以上説明したように、ＢＭＳ１００ｃは、二次電池セル２１のセルバランスの均一化を、二次電池セル２１の放電により実現することができる。ＢＭＳ１００ｃによって実現されるアクティブ方式のセルバランス処理は、パッシブ方式のセルバランス処理で問題となる発熱を抑制することができる。
また、一般的なアクティブ方式のセルバランス処理では、放電電力をどのように処理するかが課題となるが、ＢＭＳ１００ｃは、放電電力を交流電力線５０に出力することで、バッテリ８０への放電電力の回生（つまり、ガルバニックアイソレーション境界を超えた電力の回生）を容易に実現することができる。
なお、ＢＭＳ１００ｃは、放電電力（セルバランス処理で加算される電力）と、交流電源１２が出力する交流電力と、回生電力との総和を、システム全体で消費される電力に一致させることがより好ましい。
（まとめ）
以上説明したように、ＢＭＳ１００は、交流電力線５０に接続された複数のセル監視回路３０と、交流電力線５０に接続されたＢＭＵ１０とを備える。ＢＭＵ１０は、複数のセル監視回路３０のそれぞれにおける、当該セル監視回路３０の監視対象の蓄電セル２１の蓄電量を示す情報に基づいて、複数のセル監視回路３０の少なくとも１つに、当該セル監視回路３０の監視対象の二次電池セル２１の蓄電量の制御を指示する制御マイコン１３とを備える。ＢＭＳ１００は、管理システムの一例であり、トランス３８及びトランス１４は、絶縁素子の一例であり、ＢＭＵ１０は、管理装置の一例である。二次電池セル２１は、蓄電セルの一例であり、制御マイコン１３は、情報処理部の一例である。蓄電量の制御は、言い換えれば、蓄電量の調整である。
このようなＢＭＳ１００は、互いに異なるセル監視回路３０に接続された複数の二次電池セル２１のセルバランスを均一化することができる。また、ＢＭＳ１００は、二次電池セル２１とは別の電源である交流電源１２からの電力供給によってセル監視回路３０が動作可能であるため、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。
また、例えば、複数のセル監視回路３０のそれぞれは、情報を送信する通信回路３７を備える。ＢＭＵ１０は、情報を受信する通信回路１１を更に備える。通信回路３７及び通信回路１１の通信は、交流電力線５０を介して行われる。通信回路３７は、第一通信回路の一例であり、通信回路１１は、第二通信回路の一例である。
このようなＢＭＳ１００は、二次電池セル２１とは別の電源である交流電源１２からセル監視回路３０への電力供給経路を、ＢＭＵ１０とセル監視回路３０との通信経路としても使用する。このため、ＢＭＳ１００は、通信に関する構成要素の追加を抑制しつつ、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。
また、例えば、複数のセル監視回路３０のそれぞれは、１つの二次電池セル２１のみを監視対象とする。
このようなＢＭＳ１００は、互いに異なるセル監視回路３０に接続された複数の二次電池セル２１のセルバランスを均一化することができる。
また、例えば、制御マイコン１３は、蓄電量の制御として充電を指示する。複数のセル監視回路３０のそれぞれは、交流電力線５０から得られる交流電力を直流電力に変換する変換回路３９と、直流電力を用いて当該セル監視回路３０の監視対象の二次電池セル２１を充電するための充電回路４１とを備える。
このようなＢＭＳ１００は、二次電池セル２１の充電により、互いに異なるセル監視回路３０に接続された複数の二次電池セル２１のセルバランスを均一化することができる。
また、例えば、ＢＭＳ１００ａにおいては、複数のセル監視回路３０ａのそれぞれは、複数の二次電池セル２１を監視対象とする。
このようなＢＭＳ１００ａは、互いに異なるセル監視回路３０ａに接続された複数の二次電池セル２１のセルバランス、及び、１つのセル監視回路３０ａに接続された複数の二次電池セル２１のセルバランスを均一化することができる。
また、例えば、ＢＭＳ１００ａにおいては、制御マイコン１３は、蓄電量の制御として充電を指示する。複数のセル監視回路３０ａのそれぞれは、交流電力線５０から得られる交流電力を直流電力に変換する変換回路４２ａと、当該セル監視回路３０ａの監視対象の複数の二次電池セル２１を選択的に充電するための選択回路４２ｂとを備える。
このようなＢＭＳ１００ａは、二次電池セル２１の充電により、互いに異なるセル監視回路３０ａに接続された複数の二次電池セル２１のセルバランス、及び、１つのセル監視回路３０ａに接続された複数の二次電池セル２１のセルバランスを均一化することができる。
また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、制御マイコン１３は、蓄電量の制御として放電を指示する。複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、当該セル監視回路３０ｂの監視対象の複数の二次電池セル２１を選択的に放電するための選択回路４３ａと、当該放電によって得られる直流電力を交流電力に変換して交流電力線５０に出力する変換回路４３ｂとを備える。
このようなＢＭＳ１００ａは、二次電池セル２１の放電により、互いに異なるセル監視回路３０ａに接続された複数の二次電池セル２１のセルバランス、及び、１つのセル監視回路３０ａに接続された複数の二次電池セル２１のセルバランスを均一化することができる。
また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、制御マイコン１３は、蓄電量の制御として交流電力線５０への放電を指示する。ＢＭＳ１００ｂは、さらに、放電によって交流電力線５０から得られる交流電力を用いて二次電池セル２１を含む組電池２０を充電するための組電池充電回路６０を備える。
このようなＢＭＳ１００ｂは、二次電池セル２１の放電により、互いに異なるセル監視回路３０ｂに接続された複数の二次電池セル２１のセルバランスを均一化しつつ、放電電力を組電池２０に回生することができる。
また、例えば、ＢＭＳ１００ｃにおいては、制御マイコン１３は、蓄電量の制御として交流電力線５０への放電を指示する。ＢＭＳ１００ｃは、さらに、放電によって交流電力線５０から得られる交流電力を用いて二次電池セル２１と異なるバッテリ８０を充電するためのバッテリ充電回路７０を備える。
このようなＢＭＳ１００ｂは、二次電池セル２１の放電により、互いに異なるセル監視回路３０ｂに接続された複数の二次電池セル２１のセルバランスを均一化しつつ、放電電力をバッテリ８０に回生することができる。
また、二次電池セル２１を監視するセル監視回路３０は、交流電力線５０から非接触で電力供給を受けるためのトランス３８と、二次電池セル２１の状態を管理するＢＭＵ１０であって、交流電力線５０にトランス１４を介して接続されたＢＭＵ１０から、二次電池セル２１の蓄電量の制御の指示を受ける通信回路３７と、上記指示に基づいて、二次電池セル２１の蓄電量を制御する回路とを備える。
このようなセル監視回路３０は、二次電池セル２１とは別の電源である交流電源１２からの電力供給によって動作可能であるため、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。
また、例えば、セル監視回路３０においては、上記回路は、上記指示に基づいて、交流電力線５０から得られる交流電力を用いた二次電池セル２１の充電を行う充電回路４１である。また、セル監視回路３０ａにおいては、上記回路は、上記指示に基づいて、交流電力線５０から得られる交流電力を用いた二次電池セル２１の充電を行う充電回路４２である。
このようなセル監視回路３０は、指示に基づいて二次電池セル２１を充電することにより、当該二次電池セル２１と、他のセル監視回路３０に接続された二次電池セル２１とのセルバランスを均一化することができる。セル監視回路３０ａも同様である。
また、例えば、セル監視回路３０ｂにおいては、上記回路は、上記指示に基づいて、二次電池セル２１から交流電力線５０への放電を行う放電回路４３である。
このようなセル監視回路３０ｂは、指示に基づいて二次電池セル２１を放電することにより、当該二次電池セル２１と、他のセル監視回路３０ｂに接続された二次電池セル２１とのセルバランスを均一化することができる。
（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態では、ＢＭＵと複数のセル監視回路のそれぞれとの通信は、交流電力線を用いて行われたが、この通信は、交流電力線とは別の専用の通信線を用いて行われてもよい。つまり、交流電力線を用いて通信が行われることは必須ではない。
また、上記実施の形態１～４は、任意に組み合わされてよい。例えば、１つのセル監視回路の監視対象が１つの二次電池セルのみである構成において、当該セル監視回路が放電回路を備えてもよい。また、セル監視回路は、放電回路及び充電回路の両方を備えてもよい。
例えば、上記実施の形態では、絶縁素子としてトランスが例示されたが、絶縁素子は、電磁共鳴結合器などの他の絶縁素子であってもよい。
また、上記実施の形態では、電気自動車に用いられる組電池が管理対象とされたが、ＢＭＳは、どのような用途の電池を管理してもよい。
また、上記実施の形態で説明された回路構成は、一例であり、本開示は上記回路構成に限定されない。つまり、上記回路構成と同様に、本開示の特徴的な機能を実現できる回路も本開示に含まれる。例えば、上記回路構成と同様の機能を実現できる範囲で、ある素子に対して、直列又は並列に、スイッチング素子（トランジスタ）、抵抗素子、または容量素子等の素子が接続されたものも本開示に含まれる。
また、上記実施の形態において、セル監視回路に含まれる構成要素は、どのように集積化されてもよい。例えば、計測回路、及び、通信回路は、単一の集積回路として実現されてもよいし、それぞれ別の集積回路として実現されてもよい。
また、上記実施の形態では、セル監視回路は、ハードウェアによって実現された。しかしながら、セル監視回路に含まれる構成要素の一部は、当該構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。セル監視回路に含まれる構成要素の一部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）またはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
また、上記実施の形態では、情報処理部は、マイクロコンピュータによって実現された。つまり、情報処理部の機能は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現された。しかしながら、情報処理部は、一部がハードウェアによって実現されてもよい。
また、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、上記実施の形態において説明された動作において、複数の処理の順序が変更されてもよいし、複数の処理が並行して行われてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
例えば、本開示は、ＢＭＵ、蓄電キャパシタマネジメントシステム、または、蓄電キャパシタマネジメントユニットなどとして実現されてもよい。本開示は、上記実施の形態のセル監視回路またはＢＭＳを搭載した電気自動車などの車両として実現されてもよい。本開示は、上記実施の形態のセル監視回路またはＢＭＳを搭載した、車両以外の機器として実現されてもよい。
本開示のＢＭＳ、及び、これに用いられるセル監視回路は、車載用途などに幅広く利用できる。
１０ ＢＭＵ
１１、通信回路（第一通信回路）
１２ 交流電源
１３ 制御マイコン
１４、３８ トランス
２０ 組電池
２１ 二次電池セル
３０、３０ａ、３０ｂ セル監視回路
３１、３１ａ 計測回路
３２ スイッチング素子
３３ マルチプレクサ
３４ ＡＤ変換器
３５ 記憶部
３６ 制御回路
３７ 通信回路（第二通信回路）
３９、４２ａ、４３ｂ 変換回路
４０ クロック生成回路
４１、４２ 充電回路
４２ｂ、４３ａ 選択回路
４３ 放電回路
５０ 交流電力線
６０ 組電池充電回路
７０ バッテリ充電回路
８０ バッテリ
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ ＢＭＳ

Claims (11)

  1. 交流電力線に接続された複数のセル監視回路と、
    前記交流電力線に接続された管理装置とを備え、
    前記管理装置は、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれにおける、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量を示す情報に基づいて、前記複数のセル監視回路の少なくとも１つに、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量の制御を指示する情報処理部を備え、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれは、前記情報を送信する第一通信回路を備え、
    前記管理装置は、前記情報を受信する第二通信回路を更に備え、
    前記第一通信回路及び前記第二通信回路の通信は、前記交流電力線を介して行われ、
    前記第一通信回路及び前記第二通信回路の通信に使用される周波数帯域は、前記交流電力線から得られる交流電力の周波数よりも高い
    管理システム。
  2. 前記複数のセル監視回路のそれぞれは、１つの蓄電セルのみを監視対象とする
    請求項１に記載の管理システム。
  3. 前記情報処理部は、前記蓄電量の制御として充電を指示し、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれは、
    前記交流電力線から得られる交流電力を直流電力に変換する変換回路と、
    前記直流電力を用いて当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルを充電するための充電回路とを備える
    請求項２に記載の管理システム。
  4. 前記複数のセル監視回路のそれぞれは、複数の蓄電セルを監視対象とする
    請求項１に記載の管理システム。
  5. 交流電力線に接続された複数のセル監視回路と、
    前記交流電力線に接続された管理装置とを備え、
    前記管理装置は、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれにおける、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量を示す情報に基づいて、前記複数のセル監視回路の少なくとも１つに、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量の制御を指示する情報処理部を備え、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれは、複数の蓄電セルを監視対象とし、
    前記情報処理部は、前記蓄電量の制御として充電を指示し、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれは、
    前記交流電力線から得られる交流電力を直流電力に変換する変換回路と、
    当該セル監視回路の監視対象の複数の蓄電セルを選択的に充電するための選択回路とを備える
    管理システム。
  6. 交流電力線に接続された複数のセル監視回路と、
    前記交流電力線に接続された管理装置とを備え、
    前記管理装置は、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれにおける、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量を示す情報に基づいて、前記複数のセル監視回路の少なくとも１つに、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量の制御を指示する情報処理部を備え、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれは、複数の蓄電セルを監視対象とし、
    前記情報処理部は、前記蓄電量の制御として放電を指示し、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれは、
    当該セル監視回路の監視対象の複数の蓄電セルを選択的に放電するための選択回路と、
    当該放電によって得られる直流電力を交流電力に変換して前記交流電力線に出力する変換回路とを備える
    管理システム。
  7. 交流電力線に接続された複数のセル監視回路と、
    前記交流電力線に接続された管理装置とを備え、
    前記管理装置は、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれにおける、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量を示す情報に基づいて、前記複数のセル監視回路の少なくとも１つに、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量の制御を指示する情報処理部を備え、
    前記情報処理部は、前記蓄電量の制御として前記交流電力線への放電を指示し、
    前記管理システムは、さらに、前記放電によって前記交流電力線から得られる交流電力を用いて前記蓄電セルを含む組電池を充電するための組電池充電回路を備える
    管理システム。
  8. 交流電力線に接続された複数のセル監視回路と、
    前記交流電力線に接続された管理装置とを備え、
    前記管理装置は、
    前記複数のセル監視回路のそれぞれにおける、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量を示す情報に基づいて、前記複数のセル監視回路の少なくとも１つに、当該セル監視回路の監視対象の蓄電セルの蓄電量の制御を指示する情報処理部を備え、
    前記情報処理部は、前記蓄電量の制御として前記交流電力線への放電を指示し、
    前記管理システムは、さらに、前記放電によって前記交流電力線から得られる交流電力を用いて前記蓄電セルと異なるバッテリを充電するためのバッテリ充電回路を備える
    管理システム。
  9. 蓄電セルを監視するセル監視回路であって、
    交流電力線から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子と、
    前記蓄電セルの状態を管理する管理装置であって、前記交流電力線に絶縁素子を介して接続された管理装置から、前記蓄電セルの蓄電量の制御の指示を受ける通信回路と、
    前記指示に基づいて、前記蓄電セルの蓄電量を制御する回路とを備え、
    前記通信回路及び前記管理装置の通信は、前記交流電力線を介して行われ、
    前記通信回路及び前記管理装置の通信に使用される周波数帯域は、前記交流電力線から得られる交流電力の周波数よりも高い
    セル監視回路。
  10. 前記回路は、前記指示に基づいて、前記交流電力線から得られる交流電力を用いた前記蓄電セルの充電を行う充電回路である
    請求項９に記載のセル監視回路。
  11. 前記回路は、前記指示に基づいて、前記蓄電セルから前記交流電力線への放電を行う放電回路である
    請求項９に記載のセル監視回路。
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