JPWO2013118401A1

JPWO2013118401A1 - 電池制御装置

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Publication number: JPWO2013118401A1
Application number: JP2013557383A
Authority: JP
Inventors: 中島　武; 武中島; 健仁井家; 恭一高埜; 博志佐伯; 雅史宮瀬
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2015-05-11
Also published as: WO2013118401A1

Abstract

充電処理又は放電処理において、電力変換回路（１２）及びブレーカ部（２２）を介し、電力ブロック（ＰＢ１，ＰＢ２）と各電池ユニット（ＢＵ）との間で電力が入出力する。過充電等の異常を検知したとき、電池管理部（２１）は、充電処理及び／又は放電処理の停止を求める信号を電力変換制御部（１１）に送信する。この送信後、電池管理部（２１）は、各電池ユニット（ＢＵ）に流れる電流の値を監視し、その電流値が所定時間内に所定値以下にならないとき、充電処理及び／又は放電処理が正常停止していないと判断して、ブレーカ部（２２）をオフにする。

Description

本発明は、電池制御装置に関する。

図６に示す如く、電力の出力を行う電力ブロック９０１と、電力の入力を受ける電力ブロック９０２と、二次電池から成る電池ユニット９０３との間に、電力変換回路及び電力変換制御部を含むパワーコントローラ９０４を介在させ、パワーコントローラ９０４を用いて電池ユニット９０３の充電及び放電を制御する電力システムが存在する。この種のシステムでは、過充電や過放電等の異常の発生時に、パワーコントローラ９０４が電池ユニット９０３に対する充電処理及び放電処理を停止させることで電池ユニット９０３を保護する。また、上位システム制御部が組電池を管理する部位と通信を行いつつ充放電制御を行う技術、及び、組電池内の何れかの電池モジュールに異常が検知された場合に上位システム制御部が異常電池モジュールを切断する技術も提案されている（下記特許文献１参照）。

特開２０１１−２０５８２７号公報

異常発生時には、パワーコントローラ９０４、又は、パワーコントローラ９０４に内包されうる上位システム制御部により、電池ユニット９０３が保護されるが、何らかの故障等によって上位システム制御部による保護動作が正常に働かない場合、異常状態が進行し、電池ユニット９０３の劣化又は破損等につながるおそれがある。これをも回避しうる、保護の強化技術が切望される。

そこで本発明は、電池ユニットの保護の強化に寄与する電池制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電池制御装置は、充電及び放電が可能な電池部を備えた電池ユニットと、前記電池ユニットに対して充電電流を供給する又は前記電池ユニットからの放電電流を受ける電力ブロックとの間に設けられたブレーカ部と、前記電池ユニット、並びに、前記電池部の充電及び放電を制御する充放電制御部の夫々との間で通信を行う電池管理部と、を備え、前記電池管理部は、前記電池ユニット又は前記電池管理部における異常を認知したとき、前記電池部の充電の禁止の必要性を示す第１信号及び前記電池部の放電の禁止の必要性を示す第２信号の内の少なくとも一方を、前記充放電制御部に対して送信し、当該送信を行ってから第１の所定時間の経過後、前記電池部に流れる電流の値が所定値以下にならないとき、前記ブレーカ部をオフにすることで前記電池ユニット及び前記電力ブロック間の電路を遮断する。

本発明によれば、電池ユニットの保護の強化に寄与する電池制御装置を提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る電力システムの概略全体構成図である。１つの電池ユニットの内部構成図である。電池状態情報の構造を示す図である。電力システムの動作フローチャートの例である。異常の種類を説明するための図である。従来の電力システムの概略全体構成図である。

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。

図１は、本発明の実施形態に係る電力システム１の概略全体構成図である。電力システム１は、電力変換制御部１１、電力変換回路１２、電池管理部２１及びブレーカ部２２と、１以上の電池ユニットＢＵから成る電池ブロックを備え、電力を出力する又は電力の入力を受ける１以上の電力ブロックを更に備えうる。図１の例では、電力変換回路１２に、電力の出力を行う電力ブロックＰＢ１と電力の入力を受ける電力ブロックＰＢ２が接続されているが、電力変換回路１２に接続される電力ブロックの個数は１以上であれば幾つでも良く、１つの電力ブロックは電力変換回路１２との間で双方向の電力の入出力を行うようにしても良い。図２は、１つの電池ユニットＢＵの内部構成図である。各電池ユニットＢＵには、二次電池から成る電池部３１が設けられている。本実施形態において、放電及び充電とは、特に記述なき限り電池部３１の放電及び充電（より詳細には、電池部３１内の各二次電池の放電及び充電）を意味する。

電力変換回路１２は、電界効果トランジスタ（Field-Effect Transistor）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等から成る複数のスイッチング素子を備え、電力変換制御部１１による制御の下で電力変換処理を実行する。電力変換処理には、充電処理及び放電処理が含まれる。

充電処理において、電力変換回路１２は、電力ブロックＰＢ１の出力電力を所望の直流電力に変換し、得られた直流電力をブレーカ部２２を介して各電池ユニットＢＵに供給する。電力ブロックＰＢ１は、交流電力又は直流電力の出力を行う電力源であり、例えば、商用交流電源、太陽電池ユニットを含む。各電池ユニットＢＵにおいて、電力ブロックＰＢ１の出力電力に基づく直流電力を受けたとき、各電池ユニットＢＵの電池部３１の充電が成される。即ち、電力ブロックＰＢ１は各電池ユニットＢＵに充電電流を供給することができる。

放電処理において、電力変換回路１２は、各電池ユニットＢＵの電池部３１の放電電力をブレーカ部２２を介して受け、受けた放電電力を所望の直流電力又は交流電力に変換して電力ブロックＰＢ２に出力する。電力ブロックＰＢ２は、例えば、電力の消費を行う負荷であり、電力変換回路１２からの出力電力にて駆動する。即ち、電力ブロックＰＢ２は各電池ユニットＢＵからの放電電流を受けて駆動することができる。尚、電力変換回路１２は、電池ユニットＢＵを介さずに、電力ブロックＰＢ１の出力電力を電力ブロックＰＢ２に出力することも可能である（この際、所定の電力変換が行われうる）。

電力変換制御部１１は、電力変換回路１２の動作制御を行う。電力変換制御部１１による電力変換回路１２の動作制御には、充電処理及び放電処理を含む電力変換処理の実行可否制御が含まれる（詳細は後述）。電力変換制御部１１は、電池部３１の充電及び放電を制御する充放電制御部を含んでいると言える。

電池管理部２１は、電力変換制御部１１との間で通信を行うと共に各電池ユニットＢＵとの間でも通信を行う。具体的には例えば、電池管理部２１は、各電池ユニットＢＵから、各電池ユニットＢＵ内の電池部３１の状態を表す電池状態情報（図２参照）を受信し、受信した各電池状態情報を電力変換制御部１１用のデータフォーマットに変換して電力変換制御部１１に送信することができる(電池状態情報の詳細については後述)。この他、電池管理部２１は、電力変換制御部１１及び各電池ユニットＢＵとの間で、任意の信号及び情報の通信を行うことができる。

ブレーカ部２２は、各電池ユニットＢＵの電池部３１と電力変換回路１２との間に直列に介在するブレーカであり、オン又はオフの状態をとる。ブレーカ部２２がオンのとき、各電池ユニットＢＵの電池部３１が電力変換回路１２に接続され、電力変換回路１２を介した各電池部３１の充電及び放電が可能となる。ブレーカ部２２がオフのとき、各電池ユニットＢＵの電池部３１と電力変換回路１２との間の電路が遮断され（即ち、各電池ユニットＢＵの電池部３１が電力変換回路１２から遮断され）、電力変換回路１２を介した各電池部３１の充電及び放電が不能となる。尚、ブレーカの代わりに、セルフコントロールプロテクター（ＳＣＰ）や機械式リレーなどの外部からの信号により上記電路を遮断可能な部品にて、ブレーカ部２２を形成しても良い。

ブレーカ部２２は原則としてオンとされており、本実施形態において、特に記述なき限り、ブレーカ部２２はオンに維持されているものとする。電池管理部２１は、必要に応じて、ブレーカ部２２をオフにすることができる。

図２を参照して、１つの電池ユニットＢＵの構成を説明する。図２は、１つの電池ユニットＢＵの内部構成図である。電池ユニットＢＵは、符号３１〜３６によって参照される各部位を備える。電池部３１は、１以上の二次電池から成る。電池部３１を形成する二次電池は、任意の種類の二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。電池部３１を形成する二次電池の個数は１でも良いが、本実施形態では、電池部３１が直列接続された複数の二次電池から成るものとする。但し、電池部３１に含まれる二次電池の一部又は全部は、並列接続された複数の二次電池であっても良い。電池部３１において、直列接続された複数の二次電池の内、最も高電位側に位置する二次電池の正極と最も低電位側に位置する二次電池の負極は、電池ユニットＢＵにおける１対の電力出力端子Ｐ_ＯＵＴに接続され、１対の電力出力端子Ｐ_ＯＵＴを介して電池部３１の充電及び放電が成される。

電池部３１と１対の電力出力端子Ｐ_ＯＵＴとの間には、電池部３１に流れる電流の値（以下、電池電流値という）を測定する電流センサ３３と、セルフコントロールプロテクター等のヒューズ３６と、が直列に介在している。ヒューズ３６の特性に応じた電流値を超える電流が電池部３１及びヒューズ３６に流れた際、ヒューズ３６が切れて、電池部３１と一対の電力出力端子Ｐ_ＯＵＴとが非接続となる。電圧センサ３４は、電池部３１の電圧の値（以下、電池電圧値という）を測定する。電池電圧値は、例えば、電池部３１における、最も高電位側に位置する二次電池の正極と、最も低電位側に位置する二次電池の負極との間の電位差である。電池部３１の各二次電池の正極及び負極間の電位差が、検出される電池電圧値に含まれていても良い。温度センサ３５は、電池部３１の温度（以下、電池温度という）を測定する。電池温度は、例えば、電池部３１内の複数の二次電池を包むパックの表面温度、又は、電池部３１内の特定部位における温度である。

センサ３３、３４及び３５によって測定された電池電流値、電池電圧値及び電池温度はユニット制御部３２に送られる。ユニット制御部３２は、測定された電池電流値、電池電圧値及び電池温度に基づく電池状態情報を生成し、電池状態情報を電池管理部２１に送信する。電池ユニットＢＵごとに電池状態情報が生成されて電池管理部２１に送信される。

電池ブロックが複数の電池ユニットＢＵから成る場合、複数の電池ユニットＢＵの接続方法は任意である。即ち例えば、複数の電池ユニットＢＵは、互いに直列に又は並列に接続されても良い。電池ブロックにおいて、２以上の電池ユニットＢＵの直列接続部と２以上の電池ユニットＢＵの並列接続部が混在していても良いし、２以上の電池ユニットＢＵの直列接続部を複数個並列接続するようにしてもよい。何れにせよ、各電池ユニットＢＵにおける１対の電力出力端子Ｐ_ＯＵＴは、直接又は１以上の他の電池ユニットＢＵを介してブレーカ部２２の一端に接続され、ブレーカ部２２の他端は電力変換回路１２に接続される。尚、電池ブロックが複数の電池ユニットＢＵから成る場合、電池ブロック内に複数のユニット制御部３２が存在するようになるが、これら複数のユニット制御部３２を、例えばデイジーチェーン方式などで互いに接続した上で電池管理部２１に接続することが好ましい。このような接続構成を採用することで、電池ブロックを構成する複数の電池ユニットＢＵの電池状態を１組の電池状態群として扱うことができるので、より精密な制御が可能になる。または、複数のユニット制御部３２を１つにまとめるように電池ブロックを形成してもよい。この場合、複数の電池ユニットＢＵを用いた場合でも、電池管理部２１の通信対象は１つになるので制御が簡素化されるという利点がある。

図３は、１つの電池ユニットＢＵから送信される電池状態情報の構造を示す図である。１つの電池ユニットＢＵから送信される電池状態情報は、当該１つの電池ユニットＢＵにて測定された電池電流値、電池電圧値及び電池温度に基づく情報である。電池状態情報は、電池電流値、電池電圧値及び電池温度を表す情報を含み、更に、容量情報を含む。容量情報は、例えば、電池部３１の残容量又はＳＯＣ（state of charge）を表す情報である。電池状態情報は、更に、複数のフラグから成る電池状態フラグ群を含む。図３に示す如く、電池状態フラグ群に、充電禁止フラグ、放電禁止フラグ、過充電フラグ、過放電フラグ、過電流フラグ、充電不適温度フラグ、放電不適温度フラグ、センサエラーフラグ及び信号エラーフラグを含めることができる。電池状態フラグ群を形成する各フラグは１又は０のデジタル値（論理値）をとる。

充電禁止フラグは、電池部３１の充電を禁止すべきか否かを示すフラグであり、充電禁止フラグの値が１のとき、当該フラグは電池部３１の充電を禁止すべきことを示す。１の値を持つ充電禁止フラグは、電池部３１の充電禁止の必要性を示す信号（例えば、電池部３１の充電禁止を求める信号）として機能する。
放電禁止フラグは、電池部３１の放電を禁止すべきか否かを示すフラグであり、放電禁止フラグの値が１のとき、当該フラグは電池部３１の放電を禁止すべきことを示す。１の値を持つ放電禁止フラグは、電池部３１の放電禁止の必要性を示す信号（例えば、電池部３１の放電禁止を求める信号）として機能する。

過充電フラグは、電池部３１が過充電の状態にあるか否かを示すフラグであり、過充電フラグの値が１のとき、当該フラグは電池部３１が過充電の状態にあることを示す。
過放電フラグは、電池部３１が過放電の状態にあるか否かを示すフラグであり、過放電フラグの値が１のとき、当該フラグは電池部３１が過放電の状態にあることを示す。
過電流フラグは、電池部３１が過電流の状態にあるか否かを示すフラグであり、過電流フラグの値が１のとき、当該フラグは電池部３１が過電流の状態にあることを示す。
充電不適温度フラグは、電池温度が充電に適さない温度であるか否かを示すフラグであり、充電不適温度フラグの値が１のとき、当該フラグは、電池温度が充電に適さない温度であることを示す。
放電不適温度フラグは、電池温度が放電に適さない温度であるか否かを示すフラグであり、放電不適温度フラグの値が１のとき、当該フラグは、電池温度が放電に適さない温度であることを示す。
センサエラーフラグは、センサ３３、３４及び３５の何れかが異常であるか否かを示すフラグであり、センサエラーフラグの値が１のとき、当該フラグはセンサ３３、３４及び３５の何れかが異常であることを示す。尚、センサごとにセンサエラーフラグを設けるようにしても構わない。
信号エラーフラグについては後述する。

電池状態フラグ群内の各フラグの初期値は０である。電池状態フラグ群内のフラグに１又は０の値を設定する処理を、説明の便宜上、フラグ設定処理と呼ぶ。各電池ユニットＢＵにおいて、ユニット制御部３２は、センサ３３、３４及び３５からの電池電流値、電池電圧値及び電池温度に基づき、電池状態フラグ群における各フラグに対しフラグ設定処理を行うことができる。但し、電池状態フラグ群内の各フラグに対するフラグ設定処理を電池管理部２１が行うようにしても良い。この場合、電池管理部２１は、或る電池ユニットＢＵからの電池状態情報内の電池電流値、電池電圧値及び電池温度に基づき、当該電池ユニットＢＵについての電池状態フラグ群内の各フラグに対して、フラグ設定処理を行うことができる。

電池ユニットＢＵ等で異常が発生した場合、図１の電力システム１では、電池ユニットＢＵに対する保護動作が成される。異常が発生しているか否かの判定は、センサ３３、３４及び３５からの電池電流値、電池電圧値及び電池温度に基づきユニット制御部３２が成すようにしても良いし、電池電流値、電池電圧値及び電池温度を含む電池状態情報に基づき電池管理部２１が成すようにしても良い。

以下の複数の実施例の中で、保護動作の具体例を説明する。矛盾無き限り、以下に示される複数の実施例の内、任意の２以上の実施例を組み合わせて実施することも可能である。尚、以下の説明では、説明の明確化及び具体化のため、特に記述無き限り、特定の１つの電池ユニットＢＵについてのみ注目し、各実施例における電池ユニットＢＵとは、特に記述無き限り、特定の１つの電池ユニットＢＵを指すものとする。

＜＜第１実施例＞＞
第１実施例を説明する。第１実施例では、電力変換制御部１１及び電力変換回路１２を用いた充電処理が成されている状態を想定する。この際、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、電池電圧値に基づき、必要に応じて電池電流値及び電池温度を更に参照しつつ、電池部３１が過充電の状態にあるか否かを判定することができる。

具体的には例えば、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、測定された電池電圧値が所定時間以上に亘って所定の基準電圧値Ｖ_ＴＨＵを超えているとき、電池部３１が過充電の状態にあると判定することができる。当該判定がユニット制御部３２にて行われた場合、ユニット制御部３２は、過充電フラグ及び充電禁止フラグに１を設定した電池状態情報を電池管理部２１に送信することができ、電池管理部２１は、受信した電池状態情報から電池部３１が過充電の状態にあることを認知することができる。当該判定が電池管理部２１にて行われた場合、電池管理部２１は、当該判定によって電池部３１が過充電の状態にあることを認知し、電池状態情報の過充電フラグ及び充電禁止フラグに１を設定することができる。

電池管理部２１は、電池部３１が過充電の状態にあることを認知したとき、過充電フラグ及び充電禁止フラグに１が設定された電池状態情報を電力変換制御部１１に送信し、電力変換制御部１１は、その電池状態情報の受信に応答して、直ちに充電処理が停止されるように電力変換回路１２を制御する。この制御は、電池部３１に対する第１の保護に相当する。

これによって電池電流値はゼロ（実質的にゼロを含む）になるはずであるが、電力変換回路１２に故障等が存在する場合、それはゼロにならない。これを考慮し、電池管理部２１は、上記送信の後、電池電流値を監視することで追加保護処理を実行する。追加保護処理は、第１の保護に重畳される第２の保護に相当する。

追加保護処理について説明する。充電禁止フラグ及び放電禁止フラグの内、少なくとも一方に１が設定された電池状態情報を電池管理部２１から電力変換制御部１１に送信するタイミングを、便宜上、特定タイミングと呼ぶ。追加保護処理において、電池管理部２１は、電池電流値を監視し、特定タイミングから所定時間ＴＨ_ＴＩＭＥが経過しても電池電流値（詳細には電池電流値の絶対値）が正の所定値以下にならないとき、ブレーカ部２２をオフにする（後述の他の実施例においても同様）。これにより、電池部３１と電力変換回路１２並びに電力ブロックＰＢ１及びＰＢ２との間の電路が遮断され（即ち、電池部３１が電力変換回路１２並びに電力ブロックＰＢ１及びＰＢ２から遮断され）、異常状態の進行等を止めることができる。つまり、異常発生時に電力変換回路１２が正常停止しない場合においても、電池部３１を劣化及び破損等から保護することができる（電池ユニットＢＵの保護が強化される）。特定タイミングから所定時間ＴＨ_ＴＩＭＥの経過後、電池電流値（詳細には電池電流値の絶対値）が正の所定値以下になっているときには、電池管理部２１は、ブレーカ部２２をオンのまま維持することができる（後述の他の実施例においても同様）。ブレーカ部２２がオフになった場合には手動でブレーカ部２２をオンにする必要が生じ、必要に応じて専門家の派遣が必要になる。本実施例では、異常状態の進行等を止めながら、電路遮断を行うまでもないと考えられるケースにおいてはブレーカ部２２をオンに維持することができるために、特に、時間の経過とともに解消される異常時などにおいて、過剰なシステム停止を抑制することができる。

尚、電池電圧値が所定の基準電圧値Ｖ_ＴＨＵ２を超えたとき（Ｖ_ＴＨＵ２＞Ｖ_ＴＨＵ）、ユニット制御部３２は、停止警告信号を電池管理部２１に送信することができる。電池管理部２１は、停止警告信号を受信した際には、上述したような所定時間ＴＨ_ＴＩＭＥを有する猶予期間の経過を待つことなく、直ちにブレーカ部２２をオフにしても良い。更に、電池部３１自身に保護機能を設けておくことも可能であり、電池電圧値が所定の基準電圧値Ｖ_ＴＨＵ３を超えたとき（Ｖ_ＴＨＵ３＞Ｖ_ＴＨＵ２）、当該保護機能が働くことによって電池部３１の充電機能が不可逆的に失われるようにしてもよい。

＜＜第２実施例＞＞
第２実施例を説明する。第２実施例では、電力変換制御部１１及び電力変換回路１２を用いた放電処理が成されている状態を想定する。この際、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、電池電圧値に基づき、必要に応じて電池電流値及び電池温度を更に参照しつつ、電池部３１が過放電の状態にあるか否かを判定することができる。

具体的には例えば、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、測定された電池電圧値が所定時間以上に亘って所定の基準電圧値Ｖ_ＴＨＬを下回っているとき、電池部３１が過放電の状態にあると判定することができる（Ｖ_ＴＨＵ＞Ｖ_ＴＨＬ）。当該判定がユニット制御部３２にて行われた場合、ユニット制御部３２は、過放電フラグ及び放電禁止フラグに１を設定した電池状態情報を電池管理部２１に送信することができ、電池管理部２１は、受信した電池状態情報から電池部３１が過放電の状態にあることを認知することができる。当該判定が電池管理部２１にて行われた場合、電池管理部２１は、当該判定によって電池部３１が過放電の状態にあることを認知し、電池状態情報の過放電フラグ及び放電禁止フラグに１を設定することができる。

電池管理部２１は、電池部３１が過放電の状態にあることを認知したとき、過放電フラグ及び放電禁止フラグに１が設定された電池状態情報を電力変換制御部１１に送信し、電力変換制御部１１は、その電池状態情報の受信に応答して、直ちに放電処理が停止されるように電力変換回路１２を制御する。一方で、電池管理部２１は、第１実施例と同様、上記の送信後に追加保護処理を実行する。

尚、電池電圧値が所定の基準電圧値Ｖ_ＴＨＬ２を下回ったとき（Ｖ_ＴＨＬ＞Ｖ_ＴＨＬ２）、ユニット制御部３２は、停止警告信号を電池管理部２１に送信することができる。電池管理部２１は、停止警告信号を受信した際には、上述したような所定時間ＴＨ_ＴＩＭＥを有する猶予期間の経過を待つことなく、直ちにブレーカ部２２をオフにしても良い（但し、実際には例えば、電池電圧値が基準電圧値Ｖ_ＴＨＬ２（例えば３０Ｖ）を下回る状態が所定時間（例えば３０秒）だけ継続した場合にブレーカ部２２をオフにしても良い）。更に、電池部３１自身に保護機能を設けておくことも可能であり、電池電圧値が所定の基準電圧値Ｖ_ＴＨＬ３を下回ったとき（Ｖ_ＴＨＬ２＞Ｖ_ＴＨＬ３）、当該保護機能が働くことによって電池部３１の放電機能が不可逆的に失われるようにしてもよい。

＜＜第３実施例＞＞
第３実施例を説明する。第３実施例では、電力変換制御部１１及び電力変換回路１２を用いた充電処理又は放電処理が成されている状態を想定する。この際、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、電池電流値に基づき、電池部３１が過電流の状態にあるか否かを判定することができる。

具体的には例えば、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、測定された電池電流値が所定時間以上に亘って所定の基準電流値Ｉ_ＴＨＵを超えているとき、電池部３１が過電流の状態にあると判定することができる。当該判定がユニット制御部３２にて行われた場合、ユニット制御部３２は、過電流フラグ、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグに１を設定した電池状態情報を電池管理部２１に送信することができ、電池管理部２１は、受信した電池状態情報から電池部３１が過電流の状態にあることを認知することができる。当該判定が電池管理部２１にて行われた場合、電池管理部２１は、当該判定によって電池部３１が過電流の状態にあることを認知し、電池状態情報の過電流フラグ、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグに１を設定することができる。

電池管理部２１は、電池部３１が過電流の状態にあることを認知したとき、過電流フラグ、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグに１が設定された電池状態情報を電力変換制御部１１に送信し、電力変換制御部１１は、その電池状態情報の受信に応答して、直ちに充電処理及び放電処理が停止されるように電力変換回路１２を制御する。一方で、電池管理部２１は、第１実施例と同様、上記の送信後に追加保護処理を実行する。

尚、充電処理及び放電処理の停止制御又は追加保護処理に頼らずとも、仮に、ブレーカ部２２の特性又はヒューズ３６の特性に応じた電流値Ｉ_ＴＨＵ２以上の電流がブレーカ部２２及びヒューズ３６に流れると、ブレーカ部２２がオフとなる又はヒューズ３６が切れる（Ｉ_ＴＨＵ２＞Ｉ_ＴＨＵ）。

＜＜第４実施例＞＞
第４実施例を説明する。第４実施例では、電力変換制御部１１及び電力変換回路１２を用いた充電処理又は放電処理が成されている状態を想定する。この際、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、電池温度の測定値に基づき、電池温度が充電又は放電に適さない温度であるか否かを判定することができる。

具体的には例えば、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、測定された電池温度が所定時間以上に亘って所定の充電用温度範囲から逸脱しているとき、電池温度が充電に適さない温度であると判定することができる。当該判定がユニット制御部３２にて行われた場合、ユニット制御部３２は、充電不適温度フラグ及び充電禁止フラグに１を設定した電池状態情報を電池管理部２１に送信することができ、電池管理部２１は、受信した電池状態情報から電池温度が充電に適さない温度であることを認知することができる。当該判定を電池管理部２１にて行った場合、電池管理部２１は、当該判定によって電池温度が充電に適さない温度であることを認知し、電池状態情報の充電不適温度フラグ及び充電禁止フラグに１を設定することができる。

同様に例えば、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、測定された電池温度が所定時間以上に亘って所定の放電用温度範囲から逸脱しているとき、電池温度が放電に適さない温度であると判定することができる。当該判定がユニット制御部３２にて行われた場合、ユニット制御部３２は、放電不適温度フラグ及び放電禁止フラグに１を設定した電池状態情報を電池管理部２１に送信することができ、電池管理部２１は、受信した電池状態情報から電池温度が放電に適さない温度であることを認知することができる。当該判定を電池管理部２１にて行った場合、電池管理部２１は、当該判定によって電池温度が放電に適さない温度であることを認知し、電池状態情報の放電不適温度フラグ及び放電禁止フラグに１を設定することができる。電池温度が充電又は放電に適さない温度である状態は、電池部３１に温度異常が発生している状態に相当する。

電池管理部２１は、電池温度が充電に適さない温度であることを認知したときには充電不適温度フラグ及び充電禁止フラグに１を設定した電池状態情報を、電池温度が放電に適さない温度であることを認知したときには放電不適温度フラグ及び放電禁止フラグに１を設定した電池状態情報を電力変換制御部１１に送信し、電力変換制御部１１は、その電池状態情報の受信に応答して、直ちに充電処理又は放電処理（現在実行中の充電処理又は現在実行中の放電処理）が停止されるように電力変換回路１２を制御する。一方で、電池管理部２１は、第１実施例と同様、上記の送信後に追加保護処理を実行する。

＜＜第５実施例＞＞
第５実施例を説明する。センサ３３の測定値が所定数値範囲を逸脱する不当な値を持っているとき、センサ３３に異常があると判断することができる。センサ３４及び３５についても同様である。センサ３３〜３５は、電池部３１の電流状態、電圧状態及び温度状態を検出（換言すれば測定）するためのセンサであり、センサに異常がある場合には、電池部３１の保護に関する信頼性が低下する。従って、センサに異常がある場合にも、充電及び放電が停止又は禁止されることが望ましい。

具体的には例えば、ユニット制御部３２又は電池管理部２１は、測定された電池電流値が所定の電流値範囲を逸脱する場合、センサ３３が異常であると判定することができ、測定された電池電圧値が所定の電圧値範囲を逸脱する場合、センサ３４が異常であると判定することができ、測定された電池温度が所定の温度範囲を逸脱する場合、センサ３５が異常であると判定することができる。これらの判定がユニット制御部３２にて行われた場合、ユニット制御部３２は、センサエラーフラグ、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグに１を設定した電池状態情報を電池管理部２１に送信することができ、電池管理部２１は、受信した電池状態情報からセンサ３３〜３５の何れかが異常であることを認知することができる。当該判定を電池管理部２１にて行った場合、電池管理部２１は、当該判定によってセンサ３３〜３５の何れかが異常であることを認知し、電池状態情報のセンサエラーフラグ、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグに１を設定することができる。
上記のようなセンサの異常は、センサが所望の測定部位から外れた場合や、センサに致命的な故障が発生した場合などに生じうる。

また例えば、電力変換回路１２に設けられた電流センサ及び電圧センサ（不図示）の測定結果を利用して、センサ３３及び３４における異常の有無を判定することもができる。電力変換回路１２に設けられた電流センサ及び電圧センサは、電力変換回路１２とブレーカ部２２との接続点における電流の値Ｉ_１２及び電圧の値Ｖ_１２を測定し、電力変換制御部１１は、電圧値Ｖ_１２及び電流値Ｉ_１２を電池管理部２１に送信することができる。そして、電池管理部２１は、電流値Ｉ_１２と電池状態情報に含まれる電池電流値との差の絶対値を求め、当該絶対値が所定の電流差分閾値以上であるとき、センサ３３が異常であると判定及び認知して、電池状態情報のセンサエラーフラグ、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグに１を設定することができる。同様に、電池管理部２１は、電圧値Ｖ_１２と電池状態情報に含まれる電池電圧値との差の絶対値を求め、当該絶対値が所定の電圧差分閾値以上であるとき、センサ３４が異常であると判定及び認知して、電池状態情報のセンサエラーフラグ、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグに１を設定することができる。
上記のようなセンサの異常は、経年劣化等の影響によってセンサの検出値に比較的大きな誤差が含まれるようになった場合などに生じうる。

電池管理部２１は、センサ３３〜３５の何れかが異常であることを認知したとき、センサエラーフラグ、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグに１が設定された電池状態情報を電力変換制御部１１に送信し、電力変換制御部１１は、その電池状態情報の受信に応答して、直ちに充電処理及び放電処理が停止されるように電力変換回路１２を制御する。一方で、電池管理部２１は、第１実施例と同様、上記の送信後に追加保護処理を実行する。

＜＜第６実施例＞＞
第６実施例を説明する。上述したように、電池管理部２１は電池ユニットＢＵ及び電力変換制御部１１との間で様々な情報及び信号の通信を行い、この通信を利用して、電池ユニットＢＵに対する適切な保護（過充電保護等）が成される。故に、通信に異常ある場合には、電池部３１の保護に関する信頼性が低下する。従って、通信に異常がある場合にも、充電及び放電が停止又は禁止されることが望ましい。

具体的には例えば、電池管理部２１は、電池ユニットＢＵから必要な情報（例えば電池状態情報）を受信できなかったとき、又は、電力変換制御部１１から必要な情報（例えば、上記電流値Ｉ_１２及び電圧値Ｖ_１２を表す情報）を受信できなかったとき、電池管理部２１と電池ユニットＢＵ又は電力変換制御部１１との間の通信に異常があると判定及び認知して、電池状態情報の信号エラーフラグ、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグに１を設定し、その設定が成された電池状態情報を電力変換制御部１１に送信することができる。その電池状態情報の受信に応答して、電力変換制御部１１は、直ちに充電処理及び放電処理が停止されるように電力変換回路１２を制御する。一方で、電池管理部２１は、第１実施例と同様、上記の送信後に追加保護処理を実行する。特に、電池状態情報は随時確認しておくことが望ましいため、電力変換制御部１１への電池状態情報の送信や電池管理部２１による電池状態情報の確認は定期的に行われていることが望ましい。電池ユニットＢＵ及び電池管理部２１間における定期的な通信（電池状態情報の通信を含む）が成り立たないとき、又は、電池管理部２１及び電力変換制御部１１間における定期的な通信（電池状態情報、上記電流値Ｉ_１２及び電圧値Ｖ_１２を表す情報の通信を含む）が成り立たないとき、電池管理部２１は、電池管理部２１と電池ユニットＢＵ又は電力変換制御部１１との間の通信に異常があると判定及び認知するようにしても良い（当該判定及び認知後の動作は上述したものと同様である）。このような処理により、電池状態情報の確認と共に通信が正常か否かの判断も可能となる。尚、信号エラーフラグは電池状態に関するフラグではない、という考え方もできる。故に、信号エラーフラグは、電池状態情報に含まれない、電池状態情報に付随するフラグであると考えても良い。

また、電力変換制御部１１単体においても、通信異常に伴う充放電の停止制御を成すようにしても良い。即ち、電力変換制御部１１は、電力変換制御部１１及び電池管理部２１間の通信に異常がある場合（例えば電池管理部２１から必要な情報を所定時間以上継続して受信できなかった場合）、直ちに充電処理及び放電処理が停止されるように電力変換回路１２を制御するようにしても良い。電池管理部２１から“１”の値を持つ充電禁止及び放電禁止フラグを出力したとしても、電力変換制御部１１及び電池管理部２１間の通信に異常が発生している場合には、電力変換制御部１１において充電禁止及び放電禁止フラグの確認を行うことができない。特に、電力変換制御部１１からの通信は正常である一方で電池管理部２１からの通信で異常が発生している場合には、電池管理部２１は、通信異常を判断できないことがあり、結果、何らかの異常発生に応じた充電禁止及び放電禁止フラグの送信後に追加保護処理を行うことになる。しかし、通信異常により電力変換制御部１１において充電禁止及び放電禁止フラグが確認できない場合でも、電力変換制御部１１側で通信異常を判断し、電力変換制御部１１が充電処理又は放電処理を停止するようにすれば、ブレーカ部２２をオンのまま維持することが可能となり、過剰なブレーカオフによるシステム停止を抑制することが可能である。

また、電池管理部２１は、電池管理部２１及び電池ユニットＢＵ間の通信に異常がある場合において該異常が所定時間以上継続したとき、例えば電池ユニットＢＵから電池状態情報を受信できていない状態が所定時間以上継続したとき、ブレーカ部２２をオフにするようにしても良い。電池状態情報が確認できず充電又は放電があったかどうかも分からない状況下で電池ユニットＢＵを電力変換回路１２に接続しておくことは望ましくないからである。但し、電力変換回路１２内にて電池電流値又は電池電圧値に応じた電流値又は電圧値が測定されており、それらの測定電流値又は測定電圧値が電力変換制御部１１を経由して電池管理部２１に与えられている場合、電池管理部２１は、受信できていない電池状態情報の電池電流値又は電池電圧値を、上記測定電流値又は測定電圧値を用いて補完又は推定するようにしても良い（この補完等が成されている間はブレーカ部２２をオンに維持しておいて良い）。

＜＜第７実施例＞＞
第７実施例を説明する。図４を参照して、図１の電力システム１の動作の流れを説明する。図４は、第７実施例に係る電力システム１の動作フローチャートである。

まず、充放電制御部とも言うべき電力変換制御部１１が起動し（ステップＳ１１）、その起動後、電力変換制御部１１の制御の下で充電処理又は放電処理が開始される（ステップＳ１２）。この後、電池管理部２１は、異常の発生有無を監視する。そして、電池管理部２１は、第１〜第６実施例の何れかの方法によって、電池ユニットＢＵ又は電池管理部２１における異常を認知したとき（ステップＳ１３のＹ）、充電禁止フラグ及び放電禁止フラグの少なくとも一方に１が設定された電池状態情報を電力変換制御部１１に送信し（ステップＳ１４）、一方で上述した追加保護処理も行う（ステップＳ１５）。

第１実施例でも述べたように、上記送信の成された特定タイミングから所定時間ＴＨ_ＴＩＭＥが経過するまでに電池電流値（詳細には電池電流値の絶対値）が正の所定値以下になっている場合には、電池管理部２１は、ブレーカ部２２をオンのまま維持することができる。この際、電力変換制御部１１は、正常に、充電処理又は放電処理を停止させているはずである。ブレーカ部２２をオンに維持した状態で、仮に、電池ユニットＢＵ又は電池管理部２１における異常が解消したことが認められれば、電力変換制御部１１は、電力変換回路１２を用いた充電処理又は放電処理を再開することができる。

図５に示す如く、電池ユニットＢＵにおける異常は、電池部３１の異常とセンサの異常に大別される。電池部３１の異常は、過充電フラグに１を設定せしめる電池部３１の過充電、過放電フラグに１を設定せしめる電池部３１の過放電、過電流フラグに１を設定せしめる電池部３１の過電流、及び、充電不適温度フラグ又は放電不適温度フラグに１を設定せしめる電池部３１の温度異常を含んでいてもよい。電池ユニットＢＵの異常の一種であるセンサの異常は、電池部３１の状態を検出するためのセンサ（３３、３４又は３５）の異常であって、センサエラーフラグに１を設定せしめるセンサ異常である。電池管理部２１における異常は、信号エラーフラグに１を設定せしめる、第６実施例で述べた通信異常（受信異常）である。当該通信異常の原因は、電池管理部２１ではなく、電池ユニットＢＵ又は電力変換部制御部１１に存在する場合もある。

第７実施例に、第１〜第６実施例の内の１以上の実施例を適用し、電池管理部２１において発生有無が認知される異常の中に、電池部３１の過充電、電池部３１の過放電、電池部３１の過電流、電池部３１の温度異常、電池部３１の状態を検出するためのセンサの異常、及び、電池管理部２１における通信異常の内、少なくとも１つを含めることができる。これにより、充電処理又は放電処理が正常停止されないときにおいて発生しうる、異常状態の進行等を止めることができる。結果、異常発生時に電力変換回路１２が正常停止しない場合においても、電池部３１を劣化及び破損等から保護することができる。

また、電池管理部２１は、電力変換制御部１１の起動前においても、異常の発生有無の認知を成すようにしても良い。そして、電池管理部２１は、電力変換制御部１１の起動前において、電池ユニットＢＵ又は電池管理部２１における異常を認知したとき、電池電流値を確認することなく（換言すれば電池電流値に依存することなく）、認知してから所定時間ＴＨ_{ＴＩＭＥ２}の経過後にブレーカ部２２をオフにするようにしても良い。所定時間ＴＨ_{ＴＩＭＥ２}を上記の所定時間ＴＨ_ＴＩＭＥよりも短くすると良い。電力変換制御部１１の起動前においては、電力変換制御部１１にて充電及び放電の制御を成すことができないので、異常発生時には、速やかにブレーカ部２２をオフにすることが電池部３１の保護にとって好ましいからである。電力変換制御部１１は、自身が起動した際、起動信号を電池管理部２１に送信し、電池管理部２１は起動信号を受信したか否かに基づき、電力変換制御部１１が起動したか否かを判断することができる。

＜＜第８実施例＞＞
第８実施例を説明する。図１の構成例では、電力変換回路１２及び電池ユニットＢＵ（電池部３１）間にブレーカ部２２を直列に設けているが、電力変換回路１２及び電池ユニットＢＵ（電池部３１）間に直列に設けられた第１ブレーカ部と、電力変換回路１２及び電力ブロックＰＢ１間に直列に設けられた第２ブレーカ部と、電力変換回路１２及び電力ブロックＰＢ２間に直列に設けられた第３ブレーカ部とを、電力システム１に設けても良い。第１〜第３ブレーカ部の夫々は、電池ユニットＢＵと電力ブロック（ＰＢ１又はＰＢ２）との間に位置することになる。或いは、第１〜第３ブレーカ部の内、１又は２つのブレーカ部のみを、電力システム１に設けるようにしてもよい。第１ブレーカ部は、上述のブレーカ部２２と全く同じものであり、第２及び第３ブレーカ部の夫々は上述のブレーカ部２２と同様のものである。

第１〜第３ブレーカ部の夫々は、通常オンとされているが、追加保護処理において電池管理部２１によりオフとされうる。第１〜第３ブレーカ部がオフとされる条件は、上述してきた、ブレーカ部２２がオフとされる条件と同様である。但し、第２ブレーカ部は、充電禁止フラグが１に設定されている状態の下での追加保護処理において、オフとされうる。第３ブレーカ部は、放電禁止フラグが１に設定されている状態の下での追加保護処理において、オフとされうる。

＜＜変形等＞＞
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈１〜注釈５を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。

［注釈１］
本実施形態に係る電力システム１（図１参照）の構成要素の全部又は一部を、様々な他のシステム、機器などに搭載することができ、例えば、電池部３１の放電電力を用いて駆動する移動体（電動車両、船、航空機、エレベータ、歩行ロボット等）又は電子機器（パーソナルコンピュータ、携帯端末等）に搭載しても良いし、家屋や工場の電力システムに組み込んでも良い。

［注釈２］
上述の実施形態では（図１参照）、電力ブロックＰＢ１が電力の出力を行う電力ブロックであって且つ電力ブロックＰＢ２が電力の入力を受ける電力ブロックであることを想定したが、電力ブロックＰＢ１及びＰＢ２の夫々は電力の入力及び出力が可能な電力ブロックであっても良い。この場合、電力変換回路１２は双方向の電力変換が可能な回路であると良い。即ち、電力変換回路１２は、電力ブロックＰＢ１の出力電力を電力ブロックＰＢ２又は電池ブロックへの入力電力に変換する機能、電力ブロックＰＢ２の出力電力を電力ブロックＰＢ１又は電池ブロックへの入力電力に変換する機能、及び、電池ブロックの出力電力を電力ブロックＰＢ１又はＰＢ２への入力電力に変換する機能を有していても良い。

［注釈３］
電力変換制御部１１及び電力変換回路１２は、パワーコントローラとも呼ばれる機器に搭載されるものであっても良い。そのような機器と電池ブロックとの間に、電池管理部２１及びブレーカ部２２を設けて上述のような保護動作（追加保護処理）を行うことにより、電池部３１の安全性等に関する信頼性を向上させることができる。電池管理部２１とブレーカ部２２（又は第８実施例で述べた１以上のブレーカ部）を含む装置を、電池制御装置と呼ぶこともできる。電池管理部２１、ブレーカ部２２及び電池ブロックを含むシステムを、電池システムと呼ぶこともできる。

パワーコントローラ及び電池ユニットを含むシステム全体を一括して設計する場合には、電力変換制御部、電力変換回路及び異常発生時における電路遮断部を一体的に制御することが可能であり、最適な構成を形成することができる。しかし、コスト削減等を図るべく既存の電力変換回路等を用いてシステムを形成する場合もある。このような場合には、上述のような一体的な制御が困難となり、また、システムの各構成要素が個々に安全性を担保するように形成されることが多い。それ故、重複する安全性担保機構が存在するようになり、結果としてコスト面で不利となることも多い。そこで、既存の回路等を利用しつつ安全性担保機構の重複をなるだけ割愛するための方法が検討される。但し、この際、既存の回路等が正常に動作しなかった場合に生じうる異常状態の進行が懸念される。本実施形態に係る電池システムは、このような懸念の払拭に寄与する。即ち、本実施形態に係る電池システムは、既存の回路等（例えば、電力変換回路１２、又は、電力変換制御部１１及び電力変換回路１２）の利用によるコスト低減を実現可能とする一方で、既存の回路等が正常に動作しなかった場合に発生しうる異常状態の進行を適切に回避せしめる保護強化機構を有するといえる。また、本発明における安全性担保部が電池管理部２１及びブレーカ部２２から成ると考えた場合、安全性担保部において充電電流及び放電電流が流れる部分はブレーカ部２２のみとなる。故に、電力変換回路などで必要になる大電力に対する保護回路などを省略でき、比較的安価に安全性担保部を作成することが可能である。

［注釈４］
電力変換制御部１１、電池管理部２１及びユニット制御部３２の夫々を、ハードウェア、或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって構成することができる。
電力変換制御部１１、電池管理部２１又はユニット制御部３２で実現されるべき機能の全部又は一部をプログラムとして記述し、該プログラムをプログラム実行装置（例えば、電力変換制御部１１、電池管理部２１又はユニット制御部３２内に設けられうるマイクロコンピュータ）上で実行することによって、その機能の全部又は一部を実現するようにしてもよい。

［注釈５］
本発明は、ブレーカ部２２及び電池ブロックが複数設けられるような電力システムに対しても適用可能である。この際、１つの電力変換回路１２に対して複数のブレーカ部２２及び複数の電池ブロックを設けるようにしても良い。ブレーカ部２２及び電池ブロックが複数設けられた電力システムにおいて、１つのブレーカ部２２及び１つの電池ブロックの組ごとに電池管理部２１を設けるようにしても良いし、複数のブレーカ部２２及び複数の電池ブロックに対して１つの電池管理部２１を設けるようにしても良い。

１電力システム
１１電力変換制御部
１２電力変換回路
２１電池管理部
２２ブレーカ部
ＢＵ電池ユニット
ＰＢ１、ＰＢ２電力ブロック

Claims

充電及び放電が可能な電池部を備えた電池ユニットと、前記電池ユニットに対して充電電流を供給する又は前記電池ユニットからの放電電流を受ける電力ブロックとの間に設けられたブレーカ部と、
前記電池ユニット、並びに、前記電池部の充電及び放電を制御する充放電制御部の夫々との間で通信を行う電池管理部と、を備え、
前記電池管理部は、前記電池ユニット又は前記電池管理部における異常を認知したとき、前記電池部の充電の禁止の必要性を示す第１信号及び前記電池部の放電の禁止の必要性を示す第２信号の内の少なくとも一方を、前記充放電制御部に対して送信し、当該送信を行ってから第１の所定時間の経過後、前記電池部に流れる電流の値が所定値以下にならないとき、前記ブレーカ部をオフにすることで前記電池ユニット及び前記電力ブロック間の電路を遮断する
電池制御装置。
前記電池管理部は、前記充放電制御部の起動前において前記異常を認知したとき、前記前記電池部に流れる電流を確認することなく、前記第１の所定時間より短い第２の所定時間の経過後、前記ブレーカ部をオフにする
請求項１に記載の電池制御装置。
前記異常は、前記電池部の過充電、前記電池部の過放電、前記電池部の過電流、前記電池部の温度異常、前記電池部の状態を検出するためのセンサの異常、及び、前記電池管理部における通信の異常の内、少なくとも１つを含む
請求項１又は請求項２に記載の電池制御装置。