TW201707334A - 控制裝置、蓄電裝置、蓄電系統及其控制方法及具備所述裝置、系統的移動體 - Google Patents

控制裝置、蓄電裝置、蓄電系統及其控制方法及具備所述裝置、系統的移動體 Download PDF

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Abstract

控制裝置(90)包括:開關(91),設於一個以上的蓄電單元(40)各自的充電或放電的電流路徑中;控制部(92),對開關(91)供給控制信號;以及外部輸入端子(83),對開關(91)供給外部輸入信號,開關(91)各自具有斷開功能及導通功能中的至少一者,斷開功能是指在控制信號及外部輸入信號中的至少一者為將該開關(91)設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,導通功能是指在控制信號及外部輸入信號均為將該開關設為導通的信號的情況下成為導通的功能。

Description

控制裝置、蓄電裝置、蓄電系統及其控制方法
本發明是有關於一種對具備蓄電元件的一個以上的蓄電單元的充電或放電進行控制的控制裝置等。
在具備多個蓄電元件的蓄電裝置中,以往已知有將該些多個蓄電元件並聯連接的構成(例如參照專利文獻1)。該蓄電裝置中,在由並聯連接的多個蓄電元件所形成的多個充電路(充電或放電的電流路徑)中分別設有開關。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-246595號公報
[發明所欲解決之課題] 然而,所述以往構成中,在充電或放電的開始時等,有時僅有一部分蓄電元件受到充電或放電,從而造成其他蓄電元件從電源或負載分離的狀態。此時,會有過電流流經一部分蓄電元件,從而有可能產生不良情況。
本發明是為了解決所述問題而完成者,其目的在於提供一種可抑制因過電流造成的蓄電單元的不良情況的產生的控制裝置等。 [解決課題之手段]
為了達成所述目的,本發明的一形態的控制裝置對具備蓄電元件的一個以上的蓄電單元的充電或放電進行控制,所述控制裝置包括:開關,設於所述一個以上的蓄電單元各自的充電或放電的電流路徑中;控制部,對所述開關供給控制信號;以及外部輸入端子,對所述開關供給外部輸入信號,所述開關各自具有斷開功能及導通功能中的至少一者,所述斷開功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號中的至少一者為將該開關設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號均為將該開關設為導通的信號的情況下成為導通的功能。 [發明之效果]
根據本發明,可提供一種可抑制因過電流造成的蓄電單元的不良情況的產生的控制裝置等。
所述以往構成中,在充電或放電的開始時等,有時僅有一部分蓄電元件受到充電或放電,從而造成其他蓄電元件從電源或負載分離的狀態。此時,會有過電流流經一部分蓄電元件,從而有可能產生不良情況。
本發明是為了解決所述問題而完成者,其目的在於提供一種可抑制因過電流造成的蓄電單元的不良情況的產生的控制裝置等。
為了達成所述目的,本發明的一形態的控制裝置對具備蓄電元件的一個以上的蓄電單元的充電或放電進行控制,所述控制裝置包括:開關,設於所述一個以上的蓄電單元各自的充電或放電的電流路徑中;控制部,對所述開關供給控制信號;以及外部輸入端子,對所述開關供給外部輸入信號,所述開關各自具有斷開功能及導通功能中的至少一者,所述斷開功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號中的至少一者為將該開關設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號均為將該開關設為導通的信號的情況下成為導通的功能。
據此,充電或放電的電流路徑中分別設置的開關根據外部輸入信號而一齊斷開,或者根據外部輸入信號而一齊導通。因而,所有蓄電單元會一齊開始或停止充電或放電,因此可降低蓄電單元的不良情況的產生。
而且,亦可為,所述控制裝置對一個蓄電單元的充電或放電進行控制,所述控制裝置更包括:外部輸出端子,對其他蓄電單元的所述電流路徑中所設的其他開關輸出外部輸出信號,在所述一個蓄電單元的所述電流路徑中所設的一個開關為導通的情況下,從所述外部輸出端子輸出將所述其他開關設為導通的所述外部輸出信號,在所述一個開關為斷開的情況下,從所述外部輸出端子輸出將所述其他開關設為斷開的所述外部輸出信號。
藉此,在與一個蓄電單元對應的開關為斷開的情況下,與其他蓄電單元對應的其他開關亦聯動地斷開。或者,在與一個蓄電單元對應的開關為導通的情況下,與其他蓄電單元對應的其他開關亦聯動地導通。因此,所有的蓄電單元可聯動地進行充電或放電,因此可降低蓄電單元的不良情況的產生。即,根據本構成,由於可根據外部輸出信號來對其他蓄電單元的電流路徑中所設的其他開關進行控制,因此可簡易且切實地進行設置現場的安裝作業。
而且,亦可為,在所述一個以上的蓄電單元中的任一者的電壓為放電終止電壓以下的情況下,輸入將所述開關設為斷開的信號來作為所述外部輸入信號。
藉此,在任一個蓄電單元的電壓達到放電終止電壓以下的情況下,電流路徑中分別設置的開關會一齊斷開。因而,各蓄電單元會一齊從負載分離,因此可降低蓄電單元的不良情況的產生。
而且,亦可為,在與所述一個以上的蓄電單元連接的電力系統已恢復電力的情況下,輸入將所述開關設為導通或斷開的信號來作為所述外部輸入信號。
藉此,電流路徑中分別設置的開關在恢復電力時會一齊導通或一齊斷開,因此各蓄電單元會一齊連接於電力系統或者一齊從電力系統分離。因而,可降低恢復電力時的蓄電單元的不良情況的產生。
而且,亦可為,在所述控制裝置的電源接通後允許將所述開關設為導通的情況下,輸入將所述開關設為導通的信號來作為所述外部輸入信號。
藉此,若在電源接通後允許將開關設為導通,則電流路徑中分別設置的開關會一齊導通,因此各蓄電單元一齊連接於電力系統。因而,可降低維護時或初始設定等時的蓄電單元的不良情況的產生。
而且,亦可為,在所述一個以上的蓄電單元中的任一者成為測試模式的情況下,成為所述測試模式的各蓄電單元的電流路徑中所設的所述開關成為導通。
一般而言,就確保安全性等的觀點而言,對於收容蓄電單元的框體的外部連接端子,除了充電時或放電時以外,不輸出蓄電單元的電壓。因此,難以在進行蓄電單元的充電或放電之前預先獲取蓄電單元的電壓。
與此相對,在成為測試模式的蓄電單元中,藉由使電流路徑的開關成為導通,從而在經由該開關而連接於蓄電單元的外部連接端子中,可對該蓄電單元的電壓進行測定。
而且,亦可為,在所述一個以上的蓄電單元中的任一個者產生異常的情況下,產生所述異常的各蓄電單元的電流路徑中所設的所述開關成為斷開。
藉此,可將產生異常的蓄電單元從電源或負載予以分離。即,即使在一部分蓄電單元產生異常的情況下,其他蓄電單元亦會繼續進行充電或放電,從而可實現N+1的冗餘設計。 而且,本發明亦可作為具備所述控制裝置的移動體而實現。 藉此,實現可抑制因過電流流經蓄電元件造成的不良情況的產生的移動體。
而且,本發明不僅作為所述控制裝置,亦可作為蓄電裝置而實現。
即,本發明的一形態的蓄電裝置包括:蓄電單元,具備蓄電元件;開關,設於所述蓄電單元的充電或放電的電流路徑中;控制部,對所述開關供給控制信號;以及外部輸入端子,對所述開關供給外部輸入信號,所述開關具有斷開功能及導通功能中的至少一者,所述斷開功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號中的至少一者為將該開關設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號均為將該開關設為導通的信號的情況下成為導通的功能。 而且,本發明亦可作為具備所述蓄電裝置的移動體而實現。 藉此,實現可抑制因過電流流經蓄電元件造成的不良情況的產生的移動體。
而且,本發明的另一形態的控制裝置對具備蓄電元件的蓄電單元的充電或放電進行控制,所述控制裝置包括:開關,設於所述蓄電單元的充電或放電的電流路徑中;控制部,對所述開關供給控制信號;外部輸入端子,對所述開關供給外部輸入信號;以及外部輸出端子,對具備其他開關的其他控制裝置輸出外部輸出信號,所述開關在所述控制信號及所述外部輸入信號中的至少一者為將該開關設為斷開的信號的情況下成為斷開,或者在所述控制信號及所述外部輸入信號均為將該開關設為導通的信號的情況下成為導通,在所述開關成為導通的情況下,從所述外部輸出端子輸出將所述其他開關設為導通的所述外部輸出信號,在所述開關成為斷開的情況下,從所述外部輸出端子輸出將所述其他開關設為斷開的所述外部輸出信號。
而且,本發明亦可作為具備此種控制裝置的蓄電裝置,進而作為蓄電系統而實現。
即,本發明的一形態的蓄電裝置包括:所述的控制裝置;以及蓄電單元,藉由該控制裝置來控制充電或放電。
而且,本發明的一形態的蓄電系統包括多個所述的蓄電裝置,其中,多個所述蓄電裝置所具備的多個所述蓄電單元為並聯連接,多個所述控制裝置菊鏈(daisy chain)連接成環狀,多個所述控制裝置各自輸入從前段的所述控制裝置輸出的所述外部輸出信號來作為所述外部輸入信號。 而且,本發明亦可作為具備所述蓄電系統的移動體而實現。 藉此,實現可抑制因過電流流經蓄電元件造成的不良情況的產生的移動體。
而且,本發明亦可作為對具備蓄電元件的一個以上的蓄電單元的充電或放電進行控制的控制方法而實現,其中,在所述一個以上的蓄電單元各自的充電或放電的電流路徑中設有開關,所述控制方法包括如下步驟:對所述開關供給控制信號;對所述開關供給外部輸入信號;以及執行斷開功能及導通功能中的至少一者,所述斷開功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號中的至少一者為將所述開關設為斷開的信號的情況下,使該開關成為斷開的功能,所述導通功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號均為將所述開關設為導通的信號的情況下,使該開關成為導通的功能。
而且,在具備多個蓄電元件的蓄電裝置中,以往已知有將所述多個蓄電元件並聯連接的構成(例如參照專利文獻2:日本專利特開2013-240142號公報)。該蓄電裝置中,在並聯連接的蓄電元件間設有選擇地連接或非連接的電阻。
此處,在多個蓄電元件並聯連接時,有時會有電流(橫流)流經蓄電元件間,尤其是在該橫流大的情況下,有可能產生蓄電元件的劣化等不良情況。
所述以往的構成中,在蓄電元件彼此的電壓並不均等的情況下,經由蓄電元件間的電阻來將蓄電元件彼此連接,藉此,例如可實現蓄電元件彼此的電壓的均勻化(進行所謂的預充電)。因而,可抑制將多個蓄電元件並聯連接時的過大的橫流。
然而,所述以往的構成中,必須與將蓄電裝置連接於負載時的蓄電元件的充電或放電的電流路徑並聯地,另行設置例如具有預充電用電阻的旁通(bypass)電路,因此存在構成變得複雜的問題。
本發明的一形態的控制裝置對並聯地設有多個的蓄電元件(即,並聯地設有多個的蓄電單元)的充電或放電進行控制,所述控制裝置包括:電流限制部,設於所述蓄電元件的充電或放電的電流路徑中,對通過的電流進行限制;以及控制部,使用由與所述電流路徑的電壓不同的資訊所獲得的該電流路徑的電流量,來控制所述電流限制部,以使通過所述電流限制部的電流成為規定量以下。
如此,藉由以使通過充電或放電的電流路徑中所設的電流限制部的電流成為規定量以下的方式進行控制,而無須與該電流路徑並聯地設置例如具有預充電用電阻的旁通電路,從而可抑制過大的橫流。因而,可以簡易的構成來抑制在將多個蓄電元件並聯連接時流動有過大的橫流的現象。
而且,亦可為,所述控制部獲取由非接觸式的電流感測器所獲得的所述電流路徑的電流量,並使用所獲取的所述電流路徑的電流量來控制所述電流限制部。
藉由如此般使用非接觸式的電流感測器,既可抑制流經電流路徑的電流的損耗(loss),亦可獲取該電流路徑的電流量。因此,可實現蓄電元件的高輸出化。
而且,亦可為,所述控制部判斷所述電流路徑的電流量是否超過所述規定量,在超過的情況下,以使通過所述電流限制部的電流成為所述規定量以下的方式進行控制。
藉此,可抑制電流限制部的過剩的電流限制。因而,可實現並聯連接的蓄電元件彼此的電壓的均勻化所需的時間(預充電所需的時間)的縮短化。
而且,亦可為,所述控制裝置更包括開關,所述開關是在所述電流路徑中與所述電流限制部串聯地設置,在導通與斷開之間進行切換。
如此,在該電流路徑中具備與電流限制部串聯地設置的開關,因此可實現過充電保護或過放電保護的冗餘設計。即,可將確保蓄電元件的安全性的構成設為冗餘構成。
而且,亦可為,所述控制部進而在所述電流限制部的溫度超過規定溫度的情況下,將所述開關設為斷開。
如此,在電流限制部的溫度超過規定溫度的情況下將開關設為斷開,藉此,例如即使在電流限制部產生異常的情況下亦可阻斷橫流。因而,可進一步確保安全性。
而且,亦可為,所述控制部以使通過所述電流限制部的電流成為所述規定量以下的定電流的方式進行控制。
此處,流經並聯連接的蓄電元件彼此的橫流隨著蓄電元件彼此的電壓均勻化而逐漸變小。因此,例如進行預充電的蓄電元件中的電壓變化逐漸變緩慢。與此相對,藉由以使通過電流限制部的電流成為定電流的方式進行控制,從而可使進行該預充電的蓄電元件中的電壓變化固定直至預充電完成為止。因此,可實現預充電所需的時間的縮短化。
而且,亦可為,所述電流限制部具有設於所述電流路徑中的半導體元件,所述控制部藉由使所述半導體元件在線性區域中動作,從而以使通過所述電流限制部的電流成為所述規定量以下的方式進行控制。
如此,藉由使半導體元件在線性區域中動作,從而以使該電流成為規定量以下的方式進行控制,因此例如無須設置預充電用的專用電阻。藉此,可實現構成的簡化。
而且,所述半導體元件亦可為場效電晶體(Field effect transistor,FET)。
如此,藉由使用FET來作為半導體元件,從而可以簡易的構成來抑制過大的橫流。 而且,本發明亦可作為具備所述控制裝置的移動體而實現。 藉此,實現可抑制因過電流流經蓄電元件造成的不良情況的產生的移動體。
而且,本發明不僅可作為所述控制裝置,亦可作為具備該控制裝置的蓄電裝置而實現。
即,本發明的一形態的蓄電裝置包括:所述的控制裝置;以及蓄電元件,藉由該控制裝置來控制充電或放電。
而且,本發明亦可作為對並聯地設有多個的蓄電元件(即,並聯地設有多個的蓄電單元)的充電或放電進行控制的控制方法而實現,所述控制方法包括如下步驟:獲取由與所述蓄電元件的充電或放電的電流路徑的電壓不同的資訊所獲得的該電流路徑的電流量;以及使用所獲取的所述電流量,將通過所述電流路徑的電流限制為規定量以下。
以下,一邊參照圖式,一邊說明本發明的實施形態的對充電或放電進行控制的控制裝置。另外,以下說明的實施形態表示本發明的一具體例。以下的實施形態中所示的數值、形狀、材料、構成要素、構成要素的配置位置及連接形態、步驟及其順序等為一例,並不旨在限定本發明。而且,對於以下的實施形態的構成要素中的、表示最上位概念的獨立申請專利範圍中未記載的構成要素,是作為任意的構成要素來進行說明。而且,各圖是用於說明蓄電裝置的圖,未必為嚴格圖示者。
而且,以下,對具備分別搭載有控制裝置的多個蓄電裝置的蓄電系統進行說明。另外,以下,有時將充電或放電稱作‘充放電’,將充電的電流路徑或放電的電流路徑稱作‘充放電電流路徑’或簡稱作‘電流路徑’。即,以下,‘充放電’是指充電及放電中的至少一者,‘充放電電流路徑’或‘電流路徑’是指充電電流及放電電流中的至少一者的電流路徑。
(實施形態1) 首先,使用圖1及圖2來說明實施形態1的蓄電系統的構成。
圖1是表示本實施形態的蓄電系統1000的整體外觀圖的立體圖。圖2是表示本實施形態的蓄電系統1000的功能構成的方塊圖。
另外,圖1中,將Z軸方向作為上下方向來表示,以下,將Z軸方向作為上下方向來進行說明,但根據使用形態,亦考慮到Z軸方向並非上下方向的情況,因此Z軸方向並不限定於為上下方向。例如,X軸方向亦可為上下方向。以下的圖中亦同樣。
蓄電系統1000是可充入來自外部的電,而且向外部放出電的系統。本實施形態中,蓄電系統1000連接於電源2000等電力系統及負載3000,充入來自電源2000的電,並對負載3000放出電。蓄電系統1000具備多個蓄電裝置1(本實施形態中為三個蓄電裝置1A~1C),例如被用於電力貯藏用途或電源用途等。具體而言,蓄電系統1000例如被用於汽車、機車、電車、船舶、無人搬運車(Automated Guided Vehicle,AGV)、雪地摩托車(snowmobile)、農業機械、工程機械等移動體,例如用作該移動體的引擎啟動用電池。另外,蓄電裝置1的數量只要為兩個以上,則任何數量皆可。
蓄電裝置1是可充入來自外部的電,而且向外部放出電的例如蓄電模組(module)。其中,本實施形態的蓄電裝置1可較佳地用作固定用的電源裝置。該蓄電裝置1具備蓄電單元40以及對該蓄電單元40的充電或放電進行控制的控制裝置90。即,本實施形態中,控制裝置90對一個以上的蓄電單元40(本實施形態中為三個蓄電單元40)中的一個蓄電單元40的充電或放電進行控制。換言之,本實施形態中,針對一個以上的蓄電單元40分別設有控制裝置90。
蓄電單元40是可充入或放出電力的電池單元。本實施形態中,蓄電單元40具備串聯連接的一個以上的蓄電元件41。多個蓄電裝置1所具備的多個蓄電單元40藉由電源線3而並聯連接。
控制裝置90具有設於蓄電單元40的充電或放電的電流路徑中的開關91,藉由使該開關91導通及斷開,從而控制蓄電單元40的充放電。多個蓄電裝置1所具備的多個控制裝置90是藉由RS-232用電纜(cable)、RS-485用電纜等通信線2而菊鏈連接成環狀。另外,通信線2的規格並無特別限定,既可為串列(serial)通信用的電纜,亦可為並列(parallel)通信用的電纜。控制裝置90的詳細的功能構成將後述。
接下來,對於蓄電裝置1的構成,使用圖3並參照圖1來進行說明。
圖3是表示將本實施形態的蓄電裝置1予以分解時的各構成要素的分解立體圖。
如圖1及圖3所示,蓄電裝置1具備外裝體10,該外裝體10包括外裝體本體100、前壁部200及上壁部300。而且,如圖3所示,蓄電裝置1在外裝體10的內部具備底面側配置構件20、蓄電元件41、端子側配置構件50、匯流排(bus bar)60、配線基板70、測量基板81及主電路基板82。
外裝體10是構成蓄電裝置1的外裝體的矩形形狀(箱型)容器(模組殼體(module case))。外裝體10將蓄電元件41或基板(配線基板70、測量基板81及主電路基板82)等配置於規定位置,並保護蓄電元件41或該基板等不受碰撞等影響。外裝體10例如包含鋁或鐵等金屬等高剛性的材料。另外,外裝體10亦可包含聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚對苯二甲酸丁二酯(Polybutylene Terephthalate,PBT)或丙烯睛-丁二烯-苯乙烯(Acrylonitrile Butadiene Styrene,ABS)樹脂等的樹脂材料。
外裝體本體100是構成外裝體10的本體的構件,具有矩形形狀的底壁、以及從該底壁豎立設置的三個矩形形狀的側壁。外裝體本體100具有將板狀的構件彎折而成的形狀。而且,前壁部200是構成外裝體10的另一個側壁的矩形形狀且板狀的構件。即,由外裝體本體100與前壁部200形成有底矩形筒狀的構件。在前壁部200,設有蓄電裝置1的外部連接端子201(端子板)。另外,在前壁部200的外表面,亦可設有把手。藉此,可容易地進行蓄電裝置1的拆卸或移動(搬運)等。
上壁部300是構成外裝體10的上壁(蓋)的構件,是對包括外裝體本體100及前壁部200的有底矩形筒狀構件的開口進行封閉的矩形形狀且板狀的構件。即,在外裝體本體100及前壁部200的內部,在配置有蓄電元件41或基板(配線基板70、測量基板81及主電路基板82)等的狀態下,該開口部由上壁部300閉合。
底面側配置構件20是配置在蓄電元件41底面側的扁平的矩形形狀構件,從下方支持蓄電元件41。即,底面側配置構件20被載置於外裝體本體100的底壁且被安裝固定於該底壁,相對於外裝體10而在規定位置支持蓄電元件41。
具體而言,底面側配置構件20包含絕緣性材料,蓄電元件41被插入形成於上表面的凹部,將蓄電元件41固定於外裝體10內。以所述方式,底面側配置構件20避免蓄電元件41接觸至外裝體10等導電性構件,並且保護蓄電元件41等不受振動或碰撞等影響。
另外,底面側配置構件20亦可由任何絕緣性材料形成,但例如較佳為由經玻璃纖維強化的聚對苯二甲酸丁二酯(GF強化PBT)或聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,PPS)等耐熱性高的樹脂形成。藉此,即使在蓄電元件41發熱的情況下,亦可抑制底面側配置構件20受到損傷而對其他蓄電元件41造成影響。另外,只要可確保蓄電元件41的絕緣性,底面側配置構件20亦可不由絕緣性材料形成。
蓄電元件41是可充入電而且可放出電的二次電池(單電池),更具體而言,是鋰離子二次電池等非水電解質二次電池。本實施形態中,在外裝體10內收容有13個蓄電元件41,但亦可為在空餘的空間內追加又一個蓄電元件41,而收容有14個蓄電元件41的構成。或者,蓄電元件41的個數可為所述以外的多個,亦可為僅收容有一個蓄電元件41的構成。而且,蓄電元件41並不限定於非水電解質二次電池,亦可為非水電解質二次電池以外的二次電池,亦可為電容器。
端子側配置構件50是配置於蓄電元件41的電極端子側的扁平的矩形形狀的構件,從上方支持蓄電元件41。即,端子側配置構件50被配置於蓄電元件41的上方,與底面側配置構件20一同從上下兩側(Z軸方向)夾入蓄電元件41,藉此,相對於外裝體10而在規定位置支持蓄電元件41。
具體而言,端子側配置構件50包含絕緣性材料,蓄電元件41被插入形成於下表面的凹部,而將蓄電元件41固定於外裝體10內。以所述方式,端子側配置構件50避免蓄電元件41接觸至外裝體10等導電性構件,並且保護蓄電元件41等不受振動或碰撞等影響。
而且,在端子側配置構件50上,載置有匯流排60及配線基板70。即,端子側配置構件50亦具有將匯流排60及配線基板70安裝於蓄電元件41時的相對於蓄電元件41的定位的功能。另外,端子側配置構件50亦可由任何絕緣性材料形成,但就成本方面等而言,例如較佳為由聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)或ABS樹脂等樹脂形成。另外,只要可確保蓄電元件41或匯流排60等的絕緣性,則端子側配置構件50亦可不由絕緣性材料形成。
匯流排60是被配置於端子側配置構件50的上方,且將多個蓄電元件41彼此電性連接的金屬等導電性板狀構件。具體而言,匯流排60在鄰接的蓄電元件41中,將一個蓄電元件41的正極端子或負極端子與另一個蓄電元件41的負極端子或正極端子予以連接。本實施形態中,匯流排60將13個蓄電元件41串聯連接。如此,由藉由匯流排60而串聯連接的一個以上的蓄電元件41(本實施形態中為13個蓄電元件41)構成蓄電單元40。
配線基板70被配置於端子側配置構件50的上方。而且,為了對蓄電元件41的電壓進行檢測,配線基板70具有一端連接於蓄電裝置1所具備的蓄電元件41中的至少一個蓄電元件41的電極端子(本實施形態中為所有蓄電元件41的正極端子)的配線。而且,配線基板70具有矩形形狀,且配置於蓄電元件41的正極端子與負極端子之間。本實施形態中,配置有兩片配線基板70,但配線基板70的片數並無限定。而且,亦可取代配線基板70而使用線束等,但藉由使用配線基板70來連接電極端子與測量基板81,而配線的引繞變得容易,組裝性得到提高。另外,配線基板70亦可具有如下構成,即,安裝熱阻器(thermistor),從而可對蓄電元件41的溫度進行檢測。
測量基板81及主電路基板82是構成所述控制裝置90的電路基板。測量基板81及主電路基板82被配置於蓄電元件41與外裝體10的側壁之間,且與蓄電裝置1所具備的蓄電元件41中的至少一個蓄電元件41連接,以對蓄電元件41的狀態進行測量及控制。
具體而言,主電路基板82是安裝有流動有大電流的主電路零件的基板,被固定於與蓄電元件41的容器的短側面相向的外裝體10的側壁的內表面。在主電路基板82上搭載有所述開關91,本實施形態中,連接於形成蓄電單元40的充放電電流路徑的正的電源線61及負的電源線62中的負的電源線62。此處,正的電源線61是與其中一個端部的蓄電元件41的正極端子電性連接的電源線,負的電源線62是與另一個端部的蓄電元件41的負極端子連接的電源線。
而且,測量基板81是安裝有流動有小電流的周邊電路零件的基板,被固定於與蓄電元件41的容器的長側面相向的外裝體10的側壁的內表面。該測量基板81是經由配線基板70而與蓄電元件41連接,並且連接於主電路基板82與外部機器。在測量基板81上,設有外部輸入端子83與外部輸出端子84。
外部輸入端子83是對開關91供給外部輸入信號的連接器(connector)。本實施形態中,對於外部輸入端子83,在三個蓄電單元40中任一者的電壓為放電終止電壓以下的情況下,輸入將開關91設為斷開的信號來作為外部輸入信號。而且,對於外部輸入端子83,在連接於三個蓄電單元40的電力系統(本實施形態中為電源2000)已恢復電力的情況下,輸入將開關91設為導通的信號來作為外部輸入信號。
外部輸出端子84是對具備其他開關91的其他控制裝置90輸出外部輸出信號的連接器。在一個開關91(自身的控制裝置90的開關91)為導通的情況下,從該外部輸出端子84輸出將其他開關91(其他控制裝置90的開關91)設為導通的外部輸出信號,在該一個開關91為斷開的情況下,從該外部輸出端子84輸出將其他開關91設為斷開的外部輸出信號。
本實施形態中,在一個蓄電單元40(與自身的控制裝置90對應的蓄電單元40)的電壓為放電終止電壓以下的情況下,從外部輸出端子84輸出將其他開關91設為斷開的外部輸出信號。而且,在連接於蓄電單元40的電源2000已恢復電力的情況下,從外部輸出端子84輸出將其他開關91設為導通的外部輸出信號。而且,在蓄電單元40產生異常的情況下,從外部輸出端子84輸出將其他開關91設為導通的外部輸出信號。
外部輸入端子83及外部輸出端子84經由將多個蓄電裝置1的多個控制裝置90菊鏈連接成環狀的通信線2,而與其他蓄電裝置1的外部輸入端子83及外部輸出端子84連接。具體而言,一個蓄電裝置1的外部輸入端子83經由通信線2而與前段的蓄電裝置1的外部輸出端子84連接。而且,一個蓄電裝置1的外部輸出端子84經由通信線2而與後段的蓄電裝置1的外部輸入端子83連接。
因此,對於各個控制裝置90,輸入從前段的控制裝置90輸出的外部輸出信號來作為外部輸入信號。
接下來,對控制裝置90的詳細構成進行說明。
圖4是表示本實施形態的控制裝置90的功能構成的方塊圖。圖5是表示本實施形態的控制裝置90的具體電路構成的一例的電路圖。另外,圖4及圖5中,亦一併圖示有蓄電單元40。
控制裝置90是對具備蓄電元件41的蓄電單元40的充放電進行控制的裝置。如圖4所示,控制裝置90具備開關91、控制部92、外部輸入端子83及外部輸出端子84。而且,如圖5所示,本實施形態中,控制裝置90更包括:光耦合器(photocoupler)931~光耦合器936,確保與流動有大電流的主電路零件側的絕緣性,並且傳遞信號;以及電晶體941~電晶體944,使光耦合器933~光耦合器936的發光二極體(diode)發光。
開關91是在蓄電單元40的充放電電流路徑中,設於經由外部連接端子201而連接於電源線3的電源線62。該開關91具有斷開功能與導通功能中的至少一者(本實施形態中為兩者),所述斷開功能是指在控制信號及外部輸入信號中的至少一者為將該開關91設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在控制信號及外部輸入信號均為將該開關91設為導通的信號的情況下成為導通的功能。該斷開功能及導通功能例如藉由圖5所示的開關91周邊的電路構成來實現。而且,本實施形態中,在三個蓄電單元40中的任一者產生異常的情況下,產生異常的各蓄電單元40的充電或放電的電流路徑中所設的開關91成為斷開。
以下,有時稱將開關91設為導通的信號為導通信號,將開關91設為斷開的信號為斷開信號。
如圖5所示,開關91例如具備串聯地插入電源線62的開關911~開關913。因而,在開關911~開關913中的至少一個為斷開的情況下,開關91成為斷開,在開關911~開關913全部為導通的情況下,開關91成為導通。
開關911~開關913各自包含例如根據對閘極(gate)供給的電壓而導通及斷開的場效電晶體(Field effect transistor,FET)、以及並聯連接於該FET的二極體。
開關911是如下所述的放電開關,即,在控制信號、外部輸入信號及放電信號中的至少一者為斷開信號的情況下成為斷開,且均為導通信號的情況下成為導通。具體而言,開關911具有n型的FET 911a、以及在該FET 911a的源極-汲極(source-drain)間相對於放電電流而逆向地連接的二極體911b。
開關912是如下所述的充電開關,即,在控制信號、外部輸入信號及充電信號中的至少一者為斷開信號的情況下成為斷開,且均為導通信號的情況下成為導通。具體而言,開關912具有n型的FET 912a、以及在該FET 912a的源極-汲極間相對於充電電流而逆向地連接的二極體912b。
開關913是如下所述的充電開關,即,在充電信號為斷開信號的情況下成為斷開,為導通信號的情況下成為導通。開關913是與開關912同樣地構成,具有n型的FET 913a與二極體913b的充電開關。
本實施形態中,充電開關(開關912、開關913)與放電開關(開關911)相比為冗餘設置。一般而言,就確保安全性的觀點而言,在蓄電裝置中,重要的是抑制蓄電元件的過充電。因此,藉由冗餘地設置充電開關,從而可抑制蓄電元件41的過充電。另外,充電開關亦可不冗餘地設置,充電開關與放電開關亦可一體地設置。而且,放電開關及充電開關各自既可包含一個FET,亦可包含並聯連接的多個FET(例如五個FET)。
另外,開關91只要為可阻斷充電電流及放電電流者即可,亦可不包含n型的FET。例如,開關91亦可包含p型的FET,亦可包含根據電流而導通及斷開的雙極電晶體(bipolar transistor),亦可包含繼電器觸點或模式斷路器(Molded Case Circuit Breaker,MCCB)(配線用阻斷器)。但是,就削減通常的充放電時的控制部92等的消耗電力的觀點而言,開關91較佳為在低電壓時成為導通的構成。
此處,本實施形態中,蓄電單元40的正極側接地,開關91被設於與蓄電單元40連接的正的電源線61及負的電源線62中的負的電源線62上。因此,本實施形態的蓄電系統1000作為正極側接地而使用的移動體通信用基站等的通信用蓄電系統而有用。另外,開關91只要設於蓄電單元40的充放電電流路徑中即可,亦可設於正的電源線61上。
控制部92對開關91供給控制信號。本實施形態中,控制部92如圖5所示,對開關911~開關913供給控制信號、放電信號及充電信號。控制部92的至少一部分例如是中央處理單元(Central Processing Unit,CPU)等單片式微電腦(micro computer),該中央處理單元(Central Processing Unit,CPU)具備保持控制程式(program)的唯讀記憶體(Read Only Memory,ROM)等記憶體、及執行該控制程式的處理器(processor)。
本實施形態中,如圖4所示,控制部92具備終止電壓判定部191、恢復電力判定部192及異常判定部193。
控制部92在由終止電壓判定部191判定為蓄電單元40的電壓為放電終止電壓以下的情況下,輸出將開關91設為斷開的控制信號。本實施形態中,在此情況下,控制部92將控制信號、放電信號及充電信號分別設為斷開信號,藉此,光耦合器931~光耦合器936的發光二極體發光而電流流動,藉此,開關911~開關913成為斷開。而且,在此情況下,從外部輸出端子84輸出的外部輸出信號成為斷開信號。
而且,控制部92在由恢復電力判定部192判定為連接於蓄電單元40的電力系統已恢復電力的情況下,輸出將開關91設為導通的控制信號。本實施形態中,在此情況下,控制部92將控制信號、放電信號及充電信號分別設為導通信號,藉此,光耦合器933~光耦合器936的發光二極體發光而電流流動,因此開關913成為導通。而且,在此情況下,若外部輸入信號為導通信號,則光耦合器931、光耦合器932的發光二極體發光而電流流動,因此開關911、開關912亦成為導通,從外部輸出端子84輸出的外部輸出信號亦成為導通信號。另一方面,在此情況下,若外部輸入信號為斷開信號,則光耦合器931、光耦合器932的發光二極體不發光,因此開關911、開關912成為斷開,從外部輸出端子84輸出的外部輸出信號亦成為斷開信號。
而且,控制部92在由異常判定部193判定為蓄電單元40產生異常的情況下,輸出將開關91設為斷開的控制信號。本實施形態中,在此情況下,控制部92將控制信號設為導通信號,並將放電信號及充電信號分別設為斷開信號,藉此,光耦合器933~光耦合器934的發光二極體不發光,因此開關911~開關913均成為斷開。而且,在此情況下,外部輸出信號僅依存於控制信號及外部輸入信號中的外部輸入信號。即,若外部輸入信號為斷開信號,則外部輸出信號亦成為斷開信號,若外部輸入信號為導通信號,則外部輸出信號亦成為導通信號。
終止電壓判定部191判定蓄電單元40的電壓是否為放電終止電壓以下。此處,所謂放電終止電壓,是指可進行安全放電的蓄電單元40的最小電壓。終止電壓判定部191例如經由配線基板70來檢測蓄電元件41的電壓,藉此測定蓄電單元40的電壓。另外,對蓄電單元40的電壓進行測定的方法並無特別限定,亦可對外部連接端子201的電壓進行測定。
恢復電力判定部192判定連接於蓄電單元40的電力系統是否已恢復電力。恢復電力判定部192例如對外部連接端子201的電壓進行測定,在測定出的電壓為規定的電壓以上的情況下,判定為電力系統已恢復電力。另外,判定恢復電力的方法並無特別限定,亦可藉由對系統中所設的MCCB的阻斷及開放進行檢測來判定。
異常判定部193判定蓄電單元40是否產生異常。此處,所謂蓄電單元40產生異常,例如是指因過載或短路等造成的過電流或蓄電元件41的容許溫度以上的發熱等。異常判定部193例如使用電源線62中所設的霍爾(Hall)元件(未圖示)來檢測流經電源線62的電流量,在檢測出的電流量為規定量以上的情況下,判定為蓄電單元40產生異常。而且,異常判定部193例如使用安裝於配線基板70的熱阻器(未圖示)來檢測蓄電元件41的溫度,在檢測出的溫度為規定溫度以上的情況下,判定為蓄電單元40產生異常。
接下來,使用圖6A及圖6B來說明本實施形態的控制裝置90的動作。圖6A是表示本實施形態的控制裝置90的動作的流程圖。圖6B是表示圖6A的步驟S30中的詳細動作的流程圖。
如圖6A所示,首先,對開關91供給控制信號(S10)。本實施形態中,控制部92將控制信號、放電信號及充電信號供給至開關91。
並且,對開關91供給外部輸入信號(S20)。本實施形態中,經由通信線2而與前段的蓄電裝置1的外部輸出端子84連接的外部輸入端子83將外部輸入信號供給至開關91。
隨後,執行將開關91設為斷開的斷開功能、及將開關91設為導通的導通功能中的至少一者(S30)。具體而言,如圖6B所示,在步驟S30中,在控制信號及外部輸入信號中的至少一者為將該開關91設為斷開的信號的情況下(S31中是「至少一者為斷開信號」的情況下),執行將開關91設為斷開的斷開功能(S32)。此時,從外部輸出端子84輸出斷開信號來作為外部輸出信號。另一方面,在控制信號及外部輸入信號均為將該開關91設為導通的信號的情況下(S31中是「均為導通信號」的情況下),執行將開關91設為導通的導通功能(S33)。此時,從外部輸出端子84輸出導通信號來作為外部輸出信號。
以下,對於在本實施形態的蓄電系統1000中,各蓄電裝置1的控制裝置90所起到的效果,使用圖7~圖11來敍述具體例並進行說明。另外,該些圖中,為了便於直觀地理解充電電流及放電電流,假設控制裝置90被設於蓄電單元40的正的電源線61上而進行說明。因此,該些圖中,與圖5相比,充電電流及放電電流的流動方向為相反方向。
首先,對在電源2000(電源系統)的停電時,蓄電系統1000所起到的效果進行說明。
圖7及圖8是示意性地表示在本實施形態中的停電時的蓄電系統1000的狀態的圖。
如圖7所示,當電源2000停電時,蓄電系統1000對負載3000供給電力。即,蓄電系統1000在電源2000的停電時進行電力的後備(backup)。此時,多個蓄電裝置1各自的開關91成為導通,因此放電電流會從並聯連接的多個蓄電單元40分別流向負載3000。
隨後,當對負載3000的電力供給繼續時,如圖8所示,出現蓄電單元40的電壓達到放電終止電壓以下的蓄電裝置1(此處為蓄電裝置1B)。此時,該蓄電裝置1B的控制裝置90中,開關91成為斷開,並且輸出斷開信號來作為外部輸出信號。
藉此,在輸入從蓄電裝置1B的控制裝置90輸出的外部輸出信號來作為外部輸入信號的蓄電裝置1C的控制裝置90中,開關91成為斷開。進而,蓄電裝置1C的控制裝置90中,輸出斷開信號來作為外部輸出信號。
藉此,在輸入從蓄電裝置1C輸出的外部輸出信號的蓄電裝置1A中,開關91亦成為斷開,並輸出斷開信號來作為外部輸出信號。
因此,本實施形態的蓄電系統1000中,多個蓄電裝置1中的蓄電單元40的電壓達到放電終止電壓以下的蓄電裝置1哪怕只有一個,來自所有蓄電裝置1的蓄電單元40的放電電流均會聯動地停止。
此處,多個蓄電單元40的電壓達到放電終止電壓以下的時機(timing)有可能會因蓄電單元40的容量偏差等的影響而成為彼此不同的時機。因此,在來自多個蓄電單元40的放電電流不聯動地停止,而是在各蓄電單元40的電壓達到放電電流以下的獨立的時機下停止的情況下,有可能產生如下所述的問題。
即,在來自各蓄電單元40的放電電流在獨立的時機停止的情況下,放電電流會從容量小的蓄電單元40依序停止。此處,較佳為,對負載3000供給的電流為固定,因此伴隨停止放電電流的蓄電單元40的增加,與該蓄電單元40並聯連接的其他蓄電單元40的電流負擔會變大。即,來自其他蓄電單元40的放電電流的電流量增加。
因此,對於多個蓄電單元40中達到放電終止電壓以下的時機最晚的蓄電單元40而言,會有與其他蓄電單元40所供給的放電電流的合計量相當的非常大的電流(過電流)流動,從而有可能產生因過電流造成的不良情況。
例如,在10個蓄電單元並聯連接而成的蓄電系統中,在額定值時每一個並聯流動40 A的放電電流的情況下,在達到放電終止電壓以下的時機最晚的蓄電單元中,會有超過蓄電單元可容許的最大電流(例如80 A)的400 A的放電電流(過電流)流動。
與此相對,根據本實施形態,只要有蓄電單元40的電壓達到放電終止電壓以下的蓄電裝置1,則來自所有蓄電裝置1的放電電流均聯動地停止,因此可降低因過電流造成的不良情況的產生。
而且,本實施形態中的控制裝置90中,從外部輸入端子83供給的外部輸入信號並非被輸入至控制部92等,而是成為用於使開關91導通及斷開的信號。藉此,可使從外部輸入信號由導通信號向斷開信號切換,至開關91由導通切換為斷開所需的時間成為非常短的時間(例如數十微秒左右)。另外,由斷開切換為導通時亦同樣。
具體而言,例如外部輸入信號在被輸入至CPU等而在電腦上進行某些處理之後,作為用於使開關91導通及斷開的信號而供給時,從外部輸入信號的切換至開關91的切換所需的時間成為相對較長的時間(例如數十毫秒)。
與此相對,本實施形態中,外部輸入信號不在電腦上經處理而成為使開關91導通及斷開的信號,因此可使從外部輸入信號的切換至開關91的切換所需的時間為非常短的時間。因而,可實現過電流可流動的時間的大幅的縮短化。因此,可大幅降低因過電流造成的不良情況的產生。
接下來,對在電源2000(電源系統)的恢復電力時,蓄電系統1000所起到的效果進行說明。
圖9及圖10是示意性地表示在本實施形態中的恢復電力時的蓄電系統1000的狀態的圖。
首先,在恢復電力前的狀態下,多個蓄電裝置1各自的開關91為斷開。隨後,如圖9所示,當電源2000由停電而恢復電力時,出現由控制裝置90判定為已恢復電力的蓄電裝置1(此處為蓄電裝置1C)。此處,該蓄電裝置1C中,輸入從蓄電裝置1B輸出的外部輸出信號來作為外部輸入信號,該外部輸出信號成為斷開信號。因此,在檢測出恢復電力的蓄電裝置1C中,開關91亦仍保持斷開。
隨後,如圖10所示,當其他蓄電裝置(此處為蓄電裝置1A、蓄電裝置1B)所有的控制裝置90判定為已恢復電力時,從所有蓄電裝置1各自輸出的外部輸出信號成為導通信號,由此,所有蓄電裝置1的開關91成為導通。
如此,本實施形態的蓄電系統1000中,在恢復電力時,由所有蓄電裝置1的蓄電單元40聯動地開始充電電流的供給。
此處,對於多個蓄電單元40,判定為所連接的電力系統已恢復電力的時機有可能會因構成蓄電裝置1的類比元件的特性偏差等的影響而成為彼此不同的時機。因此,在對多個蓄電單元40的充電電流的供給並非聯動地開始,而是在判定為連接於各蓄電單元40的電力系統已恢復電力的獨立時機開始的情況下,有可能產生如下所述的問題。
即,在對各蓄電單元40的充電電流的供給在獨立時機開始的情況下,多個蓄電單元40中判定為已恢復電力的時機最早的蓄電單元40中,會有與應供給至其他蓄電單元40的充電電流的合計量相當的非常大的電流(過電流)流動,從而有可能產生因過電流造成的不良情況。
與此相對,根據本實施形態,在所有蓄電裝置1中判定為已恢復電力之前,停止充電電流的供給,當所有蓄電裝置1中判定為已恢復電力時,聯動地開始充電電流的供給。因此,可降低因過電流造成的不良情況的產生。
接下來,對在蓄電裝置1的異常產生時,蓄電系統1000所起到的效果進行說明。另外,以下,對在電源2000的停電時,蓄電裝置1A中產生異常的情況進行說明,但在電源2000未停電時產生異常的情況或者其他蓄電裝置1中產生異常的情況下,亦起到同樣的效果。
圖11是示意性地表示在本實施形態中的異常產生時的蓄電系統1000的狀態的圖。
在由控制裝置90判定為產生異常的蓄電裝置1(此處為蓄電裝置1A)中,開關91成為斷開,外部輸出信號成為導通信號。因此,在輸入從蓄電裝置1A輸出的外部輸出信號來作為外部輸入信號的蓄電裝置1B中,開關91仍保持導通,外部輸出信號亦仍保持為導通信號。因而,蓄電裝置1A以外的蓄電裝置1B、蓄電裝置1C中,開關91仍保持導通。因此,可僅使產生異常的蓄電單元40停止放電電流。
如此,本實施形態的蓄電系統1000中,既可將產生異常的蓄電單元40從負載3000予以分離,亦可藉由其他蓄電單元40來繼續放電。
如上所述,本實施形態中,蓄電單元40的充電或放電的電流路徑(本實施形態中為負的電源線62)中所設的開關91具有斷開功能與導通功能中的至少一者(本實施形態中為兩者),所述斷開功能是指在控制信號及外部輸入信號中的至少一者為將該開關91設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在控制信號及外部輸入信號均為將該開關91設為導通的信號的情況下成為導通的功能。
據此,充電或放電的電流路徑中分別設置的開關91根據外部輸入信號而一齊斷開,或者根據外部輸入信號而一齊導通。因而,所有蓄電單元40會一齊開始或停止充電或放電,因此可降低蓄電單元40的不良情況的產生。
而且,本實施形態中,控制裝置90對一個蓄電單元40的充電或放電進行控制,在開關91成為導通的情況下,從外部輸出端子84輸出將其他控制裝置90的開關91設為導通的外部輸出信號,在開關91成為斷開的情況下,從外部輸出端子84輸出將其他控制裝置90的開關91設為斷開的外部輸出信號。
藉此,在與一個蓄電單元40對應的開關91成為斷開的情況下,與其他蓄電單元40對應的其他開關91亦聯動地斷開。或者,在與一個蓄電單元40對應的開關91成為導通的情況下,與其他蓄電單元40對應的其他開關91亦聯動地導通。因此,所有蓄電單元40可聯動地進行充電或放電,因此可降低蓄電單元40的不良情況的產生。即,根據本構成,可藉由外部輸出信號來對其他蓄電單元40的充電或放電的電流路徑中所設的其他開關91進行控制,因此可簡易且切實地進行設置現場的安裝作業。
具體而言,根據本實施形態,在一個以上的蓄電單元40中的任一者的電壓為放電終止電壓以下的情況下,輸入將開關91設為斷開的信號來作為外部輸入信號。藉此,在任一個蓄電單元40的電壓達到放電終止電壓以下的情況下,充電或放電的電流路徑中分別設置的開關91會一齊斷開。因而,各蓄電單元40一齊從負載3000分離,因此可降低蓄電單元40的不良情況的產生。
而且,根據本實施形態,在與一個以上的蓄電單元40連接的電力系統(本實施形態中為電源2000)已恢復電力的情況下,輸入將開關91設為導通的信號來作為外部輸入信號。藉此,充電或放電的電流路徑中分別設置的開關91在恢復電力時一齊導通,因此各蓄電單元40一齊連接於電力系統。因而,可降低恢復電力時的蓄電單元40的不良情況的產生。
另外,在該電力系統已恢復電力的情況下,亦可輸入將開關91設為斷開的信號來作為外部輸入信號。藉此,充電或放電的電流路徑中分別設置的開關91在恢復電力時一齊斷開,因此各蓄電單元40一齊從電力系統分離。因此,可降低經過短時間停電後的恢復電力時可能產生的、蓄電單元40的過充電等不良情況的產生。
而且,根據本實施形態,產生異常的蓄電單元40的充電或放電的電流路徑中所設的開關91成為斷開。藉此,既可將產生異常的蓄電單元40從電源2000或負載3000予以分離,亦可使其他所有蓄電單元40一齊開始或停止充電或放電,因此可降低蓄電單元40的不良情況的產生。即,即使在一部分蓄電單元40產生異常的情況下,其他蓄電單元40亦會繼續進行充放電,從而實現N+1的冗餘設計。
而且,本實施形態中,多個蓄電裝置1各自具備控制裝置90、以及藉由控制裝置90來控制充電或放電的蓄電單元40。各控制裝置90是以如下方式構成。即,控制裝置90包括:開關91,設於蓄電單元40的充電或放電的電流路徑中;控制部92,對開關91供給控制信號;外部輸入端子83,對開關91供給外部輸入信號;以及外部輸出端子84,對具備其他開關91的其他控制裝置90輸出外部輸出信號。此處,開關91在控制信號及外部輸入信號中的至少一者為將該開關91設為斷開的信號的情況下成為斷開,或者在控制信號及外部輸入信號均為將該開關91設為導通的信號的情況下成為導通。而且,在開關91成為導通的情況下,從外部輸出端子84輸出將其他開關91設為導通的外部輸出信號,在開關91成為斷開的情況下,從外部輸出端子84輸出將其他開關91設為斷開的外部輸出信號。
此處,本實施形態中,多個蓄電裝置1所具備的多個蓄電單元40為並聯連接。而且,多個控制裝置90菊鏈連接成環狀,該多個控制裝置90各自輸入從前段的控制裝置90輸出的外部輸出信號來作為外部輸入信號。
據此,在多個控制裝置90的任一個開關91成為斷開的情況下,其他控制裝置90的開關91亦聯動地斷開。或者,在多個控制裝置90的任一個開關91成為導通的情況下,其他控制裝置90的開關91亦聯動地導通。因此,所有蓄電單元40可聯動地開始或停止充電或放電,因此可降低蓄電單元40的不良情況的產生。
(控制裝置的變形例) 另外,實施形態1中所說明的控制裝置90的構成為一例,亦可為與圖4及圖5不同的構成。因此,以下,對控制裝置的變形例進行說明。
圖12是表示本變形例的控制裝置190的功能構成的方塊圖。另外,該圖12中亦一併圖示有蓄電單元40,且圖示有本變形例的蓄電裝置101。
該圖12所示的控制裝置190與實施形態1中的控制裝置90相比,更具備驅動部93。
驅動部93輸入控制信號及外部輸入信號,並根據控制信號及外部輸入信號來使開關91斷開及導通。例如,驅動部93具有:輸入控制信號與外部輸入信號的反或閘(NOR gate)等邏輯積體電路(Integrated circuit,IC);以及輸入該邏輯IC的輸出的光耦合器。
以所述方式構成的控制裝置190亦起到與所述實施形態1同樣的效果。進而,根據本變形例,即使在控制信號及外部輸入信號的驅動能力小的情況下,亦可將開關91設為導通及斷開。
例如,在驅動部93具有邏輯IC的情況下,邏輯IC可藉由所供給的電源,而輸出具有大於控制信號及外部輸入信號的驅動能力的驅動能力的信號。因此,可以驅動能力大的信號來使光耦合器的發光二極體發光,因此可切實地進行包含FET等的開關91的導通及斷開。
因此,根據本變形例,作為控制部92,可不使用驅動能力高且昂貴的CPU等,且降低蓄電單元40的不良情況的產生。
另外,驅動部93並不限定於此種構成,例如亦可為使用緩衝器(buffer)等中所用的IC的構成,亦可為使用位準偏移器(level shifter)等中所用的IC的構成。而且,驅動部93只要確保與流動有大電流的主電路零件側的絕緣性,則亦可不具有光耦合器。
(實施形態1的變形例1) 所述實施形態1中所說明的多個蓄電裝置1的開關91聯動地導通及斷開的構成亦可適合用作降低控制裝置的電源接通時的過電流產生的構成。因此,本變形例中,對可降低電源接通時的過電流產生的蓄電系統進行說明。
圖13是表示本變形例的蓄電系統1002的功能構成的方塊圖。如該圖13所示,本變形例的蓄電系統1002與實施形態1的蓄電系統1000相比,具備取代控制裝置90而具有控制裝置290的蓄電裝置102(蓄電裝置102A~蓄電裝置102C)。
本變形例中,將多個蓄電裝置102中的任一個蓄電裝置102(此處為蓄電裝置102A)設為使多個蓄電裝置1的開關91聯動地導通的主電池(host battery)(母電池(master battery))。而且,將其他蓄電裝置102(此處為蓄電裝置102B、蓄電裝置102C)設為開關91藉由主電池的控制來導通的目標電池(target battery)(從屬電池(slave battery))。
圖14是表示本變形例的控制裝置290的功能構成的方塊圖。另外,該圖14中亦一併圖示有蓄電單元40,且圖示有本變形例的蓄電裝置102。
本變形例的控制裝置290在蓄電單元40的電源接通後允許將開關91設為導通的情況下,將後述的待命(standby)完成信號輸出至後段的蓄電裝置102。控制裝置290與控制裝置90相比,取代控制部92而具備控制部292。而且,本變形例中,控制裝置290輸入表示蓄電裝置102是否為主電池的主信號,並從前段的蓄電裝置102經由通信線2及外部輸入端子83而輸入待命完成信號。而且,本變形例中,控制裝置290進而經由外部輸出端子84及通信線2來對後段的蓄電裝置102輸出待命完成信號。
主信號例如是藉由將外部輸入端子83的規定的接腳(pin)間短路或開放來切換。具體而言,在主電池中,在外部輸入端子83上安裝有將外部輸入端子83的規定的接腳間短路的專用連接器,在目標電池中,在外部輸入端子83上安裝有未將該規定的接腳間短路的通常的連接器。
控制部292與實施形態1中的控制部92相比,取代終止電壓判定部191、恢復電力判定部192及異常判定部193而具備待命判定部293。控制部292在由待命判定部293判定為待命已完成的情況下,將控制信號設為導通。
待命判定部293在控制裝置290的電源接通後判定待命是否已完成,在判定為待命已完成的情況下,輸出待命完成信號。具體而言,主電池的待命判定部293在自身的控制裝置290的電源接通後進行自我診斷,在根據自我診斷而為‘無異常’的情況下,判定為待命已完成而對後段的蓄電裝置102輸出待命完成信號。另一方面,目標電池的待命判定部293亦與主電池的待命判定部293同樣地判定待命的完成。其中,目標電池的待命判定部293在判定為待命已完成且從前段的蓄電裝置102輸入有待命完成信號的情況下,對後段的蓄電裝置102輸出待命完成信號。
此處,所謂自我診斷,例如是指由因自身的蓄電裝置102的電源開關(未圖示)接通而啟動的內部的電池管理單元(Battery Management Unit,BMU)所執行的有無異常判定等的診斷。
而且,主電池中,在控制裝置290的電源接通後允許將開關91設為導通的情況下,輸入將開關91設為導通的信號來作為外部輸入信號。即,主電池的外部輸出端子84在蓄電單元40的電源接通後允許將開關91設為導通的情況下,輸出將其他(後段的)控制裝置290的開關91設為導通的外部輸出信號。此處,「允許將開關91設為導通」是指由自身的待命判定部293判定為待命已完成,且從其他(前段的)蓄電裝置102輸入待命完成信號。
即,主電池在由自身的待命判定部293判定為待命已完成,且從前段的蓄電裝置102輸入有待命完成信號的情況下,無論外部輸入信號如何,均輸出導通信號的外部輸出信號。
圖15是表示本變形例中的各蓄電裝置102的電源接通時的蓄電裝置102間的交互的序列圖。如此交互例如是在蓄電系統1002的安裝等時進行。另外,以下,對依蓄電裝置102B、蓄電裝置102A及蓄電裝置102C的順序接通電源的例子進行說明,但接通電源的順序並不限於此,亦可為任何順序,亦可同時接通兩個以上的蓄電裝置102的電源。
首先,在電源接通前的狀態下,多個蓄電裝置102各自的開關91成為斷開。
如該圖15所示,在蓄電裝置102B中,例如當通過用戶按下電源按鈕(button)而接通電源時(S201),進行自我診斷(S202),當判定為待命已完成時,控制信號成為導通信號。其中,在蓄電裝置102B中,輸入有從蓄電裝置102A輸出的外部輸出信號來作為外部輸入信號,該外部輸出信號成為斷開信號。因此,在蓄電裝置1B中,開關91仍保持斷開。
隨後,在蓄電裝置102A中,當接通電源時(S211),進行自我診斷(S212),當判定為待命已完成時,控制信號成為導通信號。其中,在蓄電裝置102A中,輸入有從蓄電裝置102C輸出的外部輸出信號來作為外部輸入信號,該外部輸出信號成為斷開信號。因此,在蓄電裝置102A中,開關91仍保持斷開。
此處,由於蓄電裝置102A為主電池,因此當判定為待命已完成時,對後段的蓄電裝置102B輸出待命完成信號(S213)。由於在輸入有待命完成信號的蓄電裝置102B中,已判定待命完成,且從前段的蓄電裝置102A輸入有待命完成信號,因此對後段的蓄電裝置102C輸出待命完成信號(S214)。
隨後,在蓄電裝置102C中,當接通電源時(S221),進行自我診斷(S222),當判定為待命已完成時,控制信號成為導通信號。其中,在蓄電裝置102C中,由於從蓄電裝置102B輸出的外部輸出信號成為斷開信號,因此開關91仍保持斷開。
而且,在蓄電裝置102C中,由於判定為待命已完成,且從前段的蓄電裝置102B輸入有待命完成信號,因此對後段的蓄電裝置102A輸出待命完成信號(S223)。即,對作為主電池的蓄電裝置102A輸入待命完成信號。
因此,在蓄電裝置102A中,由於判定為待命已完成,且從前段的蓄電裝置102C輸入待命完成信號,因此外部輸出信號成為導通信號。藉此,從所有蓄電裝置102分別輸出的外部輸出信號成為導通信號,因此各蓄電裝置102的開關91會聯動地導通(S231)。
如此,本變形例的蓄電系統1002中,在多個蓄電裝置102全部判定為待命已完成後,由所有蓄電裝置1的蓄電單元40聯動地開始充電電流的供給。
此處,一般而言,尤其是對於鋰離子二次電池等蓄電元件,就確保安全性的觀點而言,是以充電狀態為低的狀態(例如5%左右)出貨。而且,一般而言,蓄電裝置中,由於是藉由用戶按下電源按鈕等來進行電源接通,因此多個蓄電裝置的電源接通可能成為互不相同的時機。基於該些原因,在蓄電系統的安裝等時,當將多個蓄電單元連接於電源或負載時,有可能產生如下所述的問題。
即,在電源最先接通的蓄電裝置的蓄電單元中,會有與應對其他蓄電單元供給的充電電流的合計量相當的非常大的電流(過電流)流動,從而有可能產生因過電流造成的不良情況。
與此相對,根據本變形例,在主電池(本變形例中為蓄電裝置102A)中,在控制裝置290的電源接通後允許將開關91設為導通的情況下,輸入將開關91設為導通的信號來作為外部輸入信號。藉此,充電或放電的電流路徑中分別設置的開關91會一齊導通,因此各蓄電單元40一齊連接於電力系統。因而,可降低維護時或初始設定等時的蓄電單元40的不良情況的產生。
具體而言,主電池在控制裝置290的電源接通後允許將開關91設為導通的情況下,從外部輸出端子84輸出將其他控制裝置290的開關91設為導通的外部輸出信號。
藉此,在主電池中允許將開關91設為導通之前,目標電池(本變形例中為蓄電裝置102B、蓄電裝置102C)的開關91不導通而處於待機狀態。因而,藉由設為如下所述的規定構成,即,與並聯連接的多個蓄電單元40各自對應地設置本構成的控制裝置290,並將一個控制裝置290的外部輸出端子84依序連接於另一控制裝置290的外部輸入端子83,從而在電源接通後,所有蓄電單元40會聯動地連接於電源2000或負載3000,因此可降低蓄電單元400的不良情況的產生。
(實施形態1的變形例2) 以下,對實施形態1的變形例2的蓄電系統進行說明。本變形例的蓄電系統中,作為蓄電裝置可選擇性地採用的模式,有通常模式與測試模式。
圖16是與本變形例的蓄電裝置的動作模式相關的狀態轉變圖。
該圖16所示的通常模式S1是進行所述實施形態1中所說明的動作的模式。即,通常模式S1是如下所述的模式:在控制信號及外部輸入信號中的至少一者為斷開信號的情況下,開關91成為斷開,或者,在控制信號及外部輸入信號均為導通信號的情況下,開關91成為導通,進而,在開關91成為導通的情況下,外部輸出信號成為導通信號,在開關91成為斷開的情況下,外部輸出信號成為斷開信號。換言之,通常模式S1是多個蓄電裝置的開關91聯動地成為導通或斷開的模式。
另一方面,測試模式S2是開關91成為導通的模式,且是即使其他蓄電裝置的開關91成為斷開,自身的蓄電裝置的開關91亦成為導通的模式。
本變形例的蓄電裝置例如在由用戶輸入指示向測試模式S2轉變的模式轉變指令的情況下,從通常模式S1轉變為測試模式S2。測試模式S2下,持續規定時間(例如1分鐘)而將開關91設為導通。隨後,在測試模式S2下,當經過規定時間時,蓄電裝置從測試模式S2轉變為通常模式S1。另外,通常模式S1與測試模式S2亦可不相互轉變。在此情況下,例如在電源接通時輸入有測試模式指令的情況下,以測試模式S2進行動作,在未輸入該指令的情況下,以通常模式S1進行動作。
圖17是表示本變形例的控制裝置390的功能構成的方塊圖。另外,該圖17中亦一併圖示有蓄電單元40,且圖示有本變形例的蓄電裝置103。
該圖17所示的控制裝置390與實施形態1中的控制裝置90相比,取代控制部92而具備控制部392,進而具備開關393。
控制部392與實施形態1中的控制部92相比,進而具備測試模式部394。測試模式部394在自身的蓄電裝置103成為測試模式S2的情況下,輸出將開關91設為導通的導通信號。即,本變形例中,在一個以上的蓄電單元40中的任一個成為測試模式S2的情況下,成為該測試模式S2的各蓄電單元40的充電或放電的電流路徑中所設的開關91成為導通。
在具備以所述方式構成的本變形例的蓄電裝置103的蓄電系統中,亦起到與所述實施形態1同樣的效果。
此處,一般而言,就確保安全性等的觀點而言,對於收容蓄電單元40的外裝體10(框體)的外部連接端子,除了充放電時以外不輸出蓄電單元40的電壓。因此,難以在進行蓄電單元40的充放電之前預先獲取蓄電單元40的電壓。
與此相對,根據本變形例,在成為測試模式的蓄電單元40中,藉由開關91成為導通,從而可在經由開關91而連接於蓄電單元40的外部連接端子201中測定蓄電單元40的電壓。因而,例如在工場出貨等時,可簡便地測定蓄電單元40的電壓。
而且,根據本變形例,在測試模式S2下,當經過規定時間時轉變為通常模式S1,因此可降低因開關91不必要地導通而造成的過放電。
另外,本變形例中,將通常模式作為進行實施形態1中所說明的動作的模式來進行說明。然而,通常模式亦可為進行任何動作的模式,例如亦可為進行實施形態1的變形例1中所說明的動作(待命動作)的模式。
而且,電源接通後的最初的模式亦可為測試模式。藉由設為此種構成,可在電源接通後的規定時間利用外部連接端子201來簡便地測定蓄電單元40的電壓。
(實施形態1的變形例3) 所述實施形態1及其變形例1及變形例2中,假設對於一個以上的蓄電單元40分別設有控制裝置。即,假設多個蓄電裝置分別具備控制裝置。然而,亦可如圖18所示,對於一個以上的蓄電單元40設有一個控制裝置490。即,控制裝置亦可作為多個蓄電裝置的外部裝置而設置。
圖18是表示本變形例的蓄電系統1004的功能構成的方塊圖。如該圖18所示,控制裝置490亦可具備:控制部492,對一個以上的蓄電單元40各自的充電或放電的電流路徑中所設的開關91供給控制信號;以及外部輸入端子483,對該開關91供給外部輸入信號。
即使為此種構成,各開關91亦是根據外部輸入信號而一齊斷開,或者根據外部輸入信號而一齊導通。因此,與所述實施形態同樣,可降低因過電流造成的蓄電單元40的不良情況的產生。
(實施形態2) 接下來,使用圖19來說明實施形態2的蓄電系統的構成。
圖19是表示本實施形態的蓄電系統1000a的功能構成的方塊圖。
蓄電系統1000a與圖2所示的蓄電系統1000相比,取代具有控制裝置90的蓄電裝置1而具備具有控制裝置90a的蓄電裝置1a。蓄電系統1000a中,並聯地設有多個(本實施形態中為三個)蓄電元件41(本實施形態中為多個蓄電單元40)。
控制裝置90a被設於蓄電單元40的充電或放電的電流路徑中,對構成蓄電單元40的一個以上的蓄電元件41的充電或放電進行控制。控制裝置90a具備設於該電流路徑中的電流限制部91a,藉由該電流限制部91a來限制電流,藉此,可抑制將多個蓄電元件41並聯連接時的過大的橫流。以下,本實施形態中,說明控制裝置90a對作為該橫流的、預充電時的過大的充電電流進行抑制的例子。
而且,本實施形態中,控制裝置90a更具備在該電流路徑中與電流限制部91a串聯地設置的開關91b。本實施形態中,控制裝置90a在預充電後的通常使用時,使開關91b導通及斷開,藉此控制蓄電單元40的充放電。即,本實施形態的控制裝置90a與實施形態1的控制裝置90相比,進而具備電流限制部91a,該電流限制部91a是設於電流路徑中,對通過的電流進行限制。
接下來,對控制裝置90a的詳細構成進行說明。
圖20是表示本實施形態的控制裝置90a的功能構成的方塊圖。另外,圖20及圖21中亦一併圖示有蓄電單元40。
如圖20所示,控制裝置90a具備電流限制部91a、開關91b、控制部92a、電流感測器94、外部輸入端子83及外部輸出端子84。
電流限制部91a被設於蓄電元件41的充電或放電的電流路徑中,對通過的電流進行限制。本實施形態中,電流限制部91a被設於蓄電單元40的充放電電流路徑且經由外部連接端子201而連接於電源線3的電源線62。對於電流限制部91a的具體構成,使用圖21,與開關91b的具體構成一併進行後述。
開關91b是在蓄電元件41的充電或放電的電流路徑(此處為電源線62)中與電流限制部91a串聯地設置,且切換導通與斷開的開關。該開關91b具有斷開功能及導通功能中的至少一者,所述斷開功能是指在控制信號及外部輸入信號中的至少一者為將該開關91b設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在控制信號及外部輸入信號均為將該開關91b設為導通的信號的情況下成為導通的功能。該斷開功能及導通功能例如是藉由開關91b周邊的電路構成(參照圖21)來實現。對於開關91b的具體構成,使用圖21來後述。
控制部92a使用由與蓄電元件41的充電或放電的電流路徑(此處為電源線62)的電壓不同的資訊所獲得的該電流路徑的電流量,來控制電流限制部91a,以使通過電流限制部91a的電流成為規定量以下。具體而言,本實施形態中,控制部92a判斷電流路徑的電流量是否超過規定量,在超過的情況下,以使通過電流限制部91a的電流成為該規定量以下的方式進行控制。本實施形態中,控制部92a以使通過電流限制部91a的電流成為該規定量以下的定電流的方式進行控制。
此處,該規定量是指預定的任意電流量,並無特別限定,但例如是由構成蓄電裝置1a的電路元件等的額定值所決定的額定電流、即使連續流動固定時間(例如10秒)亦可安全地進行充放電的最大的電流即最大電流、或者若為相對較短時間(例如數十毫秒)便可安全地進行充放電的最大的電流即瞬間耐量等。
而且,若定電流的電流量為規定量以下的第一電流量,則並無特別限定,例如為所述的額定電流。而且,對於控制部92a以使通過電流限制部91a的電流成為規定量以下的定電流的方式進行控制的期間,亦無特別限定。其中,就實現更換蓄電裝置1a時的預充電所需的時間的縮短化的觀點而言,較佳為確保該期間較長。而且,就同樣的觀點而言,在開關91b從斷開切換為導通之後,亦可將小於該第一電流量的第二電流量提高至第一電流量並維持定電流。
而且,本實施形態中,控制部92a進而對開關91b供給控制信號。
而且,本實施形態中,控制部92a使用由如下的電流感測器94所獲取的電流量來控制電流限制部91a。另外,控制部92a亦可不使用由電流感測器94直接獲取的電流量,亦可間接地獲取電流量。例如,控制部92a亦可獲取或預先記憶蓄電元件41(或蓄電單元40)的電壓值或充電狀態(State Of Charge,SOC)及蓄電元件41等的電阻值等,並根據該些值來算出電流量,藉此獲取電流量。
電流感測器94是對流經電流路徑的充電電流或放電電流進行檢測的感測器。本實施形態中,電流感測器94是設於電源線62上的非接觸式的電流感測器,且是輸出表示充電電流或放電電流的電流量的電流信號的例如霍爾效應電流感測器(Hall-effect Current Sensor,HCT)。即,控制部92a獲取由非接觸式的電流感測器94所獲得的電流路徑的電流量,並使用所獲取的電流路徑的電流量來控制電流限制部。例如,在電流感測器94為HCT的情況下,控制部92a根據表示電源線62周圍的磁場的資訊(電流信號)來獲取該電源線62的電流量。
另外,電流感測器94只要為藉由與電流路徑(本實施形態中為電源線62)的電壓不同的資訊來表示該電流路徑的電流量者即可,亦可為藉由電流路徑的焦耳熱來表示該電流量的熱電式電流計、或者使用流經分流器(shunt)的電流量來表示所述電流路徑的電流量的電流計等接觸式的電流感測器。
此種控制裝置90a更詳細而言,是藉由圖21所示的電路構成來實現。圖21是表示本實施形態的控制裝置90a的具體電路構成的一例的電路圖。
如圖21所示,本實施形態中,控制裝置90a更具備:光耦合器931~光耦合器935,確保與流動有大電流的主電路零件側的絕緣性,並傳遞信號;以及電晶體941~電晶體943,使光耦合器933~光耦合器935的發光二極體發光。而且,控制部92a具備:充放電部921,對於開關91b,除了所述控制信號以外,亦供給放電信號與受電信號;以及預充電部922,對於電流限制部91a供給預充電信號。
此處,對開關91b及電流限制部91a的具體構成進行說明。本實施形態中,開關91b及電流限制部91a具有與圖5所示的開關91同樣的構成。
如圖21所示,開關91b在本實施形態中具有使放電電流阻斷或通過的放電開關911、以及使充電電流阻斷或通過的充電開關912。放電開關911具有n型的FET 911a、以及在該FET 911a的源極-汲極間相對於放電電流而逆向地連接的二極體911b。該放電開關911在控制信號、外部輸入信號及放電信號中哪怕只有一個為斷開信號的情況下成為斷開,在均為導通信號的情況下成為導通。充電開關912具有n型的FET 912a、以及在該FET 912a的源極-汲極間相對於充電電流而逆向地連接的二極體912b。該充電開關912在控制信號、外部輸入信號及充電信號中哪怕只有一個為斷開信號的情況下成為斷開,在均為導通信號的情況下成為導通。另外,‘導通信號’是指使開關導通的信號,‘斷開信號’是指使開關斷開的信號。
另外,對於開關91b,亦可並非獨立地設有放電開關911與充電開關912,亦可包含對於放電電流及充電電流均可阻斷或通過的繼電器觸點或模式斷路器(Molded Case Circuit Breaker,MCCB)(配線用阻斷器)。
電流限制部91a在實施形態中具有設於充電或放電的電流路徑(此處為電源線62)中的半導體元件。具體而言,本實施形態中,設有FET來作為該半導體元件。更具體而言,本實施形態中,電流限制部91a是與充電開關912同樣地構成,具有n型的FET 913a、以及在該FET 913a的源極-汲極間相對於充電電流而逆向地連接的二極體913b。即,本實施形態中,電流限制部91a亦可使用可作為切換導通(導通狀態)與斷開(非導通狀態)的開關而構成的電路構成,來限制通過電流路徑的電流。另外,FET 911a~FET 913a亦可為p型的FET。
此處,FET 913a使作為充電電流的、與從預充電部922供給至閘極的預充電信號相應的電流通過。換言之,FET 913a可將通過電源線62的電流限制為與該預充電信號相應的電流。
圖22是表示電流限制部91a中所用的FET 913a的特性的一例的圖表。具體而言,該圖22中,表示有相對於由預充電信號所決定的FET 913a的閘極-源極間電壓Vgs的、FET 913a的汲極電流Id(即充電電流)。
如該圖22所示,FET 913a在Vgs為臨限值電壓Vt以上的飽和區域中,使即使該Vgs上升亦未觀察到大的變化(飽和)的充電電流通過。另一方面,FET 913a在Vgs小於臨限值電壓Vt的線性區域中,使對應於該Vgs而以對數表述地呈線性(線形)變化的充電電流通過。
即,預充電部922藉由使FET 913a在線性區域中動作,從而可將FET 913a所流通的充電電流控制為規定量以下。即,控制部92a藉由使半導體元件(此處為FET 913a)在線性區域中動作,從而以使通過電流限制部91a的電流成為規定量以下的方式進行控制。
另外,電流限制部91a所具有的半導體元件只要具有圖22所示的特性即可,並不限定於FET。例如,作為半導體元件,亦可使用雙極電晶體、絕緣閘極雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)等。
接下來,對於進行此種控制的預充電部922的具體構成,使用圖23來進行說明。圖23是表示本實施形態的預充電部922的功能構成的一例的方塊圖。
如該圖23所示,預充電部922例如具備基準電壓生成部925、IV轉換器926、比較部927及驅動部928,輸出與來自電流感測器94的電流信號相應的電壓信號即預充電信號。
基準電壓生成部925生成基準電壓,該基準電壓成為在預充電部922中判斷電源線62的電流量是否超過規定量的基準。基準電壓生成部925例如生成與通過電流路徑(此處為電源線62)的電流為規定量時的來自電流感測器94的電流相應的電壓來作為該基準電壓。該基準電壓生成部925例如藉由對控制部92a的電源進行電阻分壓,從而生成與該電流信號相應的電壓。
IV轉換器926藉由對來自電流感測器94的電流信號進行IV轉換(電流電壓轉換),從而生成與電流信號相應的電壓信號。即,在電流信號發生變動的情況下,電壓信號亦同樣發生變動。
比較部927對由基準電壓生成部925所生成的基準電壓與由IV轉換器926所生成的電壓信號進行比較,生成與該基準電壓和該電壓信號的差分電壓相應的電壓信號。例如,比較部927在從電壓信號減去基準電壓所得的差分大於0的情況下,輸出該差分越大則絕對值越大的正的電壓。另一方面,比較部927在該差分為0以下的情況下,輸出該差分越大則絕對值越小的負的電壓。
驅動部928將從比較部927輸出的電壓信號轉換為驅動能力大的電壓信號,藉此生成對電流限制部91a進行控制的預充電信號。例如,驅動部928具有:光耦合器,確保與流動有大電流的電流限制部91a的絕緣性,並傳遞信號;以及電晶體,對從比較部927輸出的電壓信號進行放大,並使該光耦合器的發光二極體發光。
以所述方式構成的預充電部922例如在通過電源線62的電流超過規定量的情況下,使預充電信號的電壓下降,藉此可以使通過電流限制部91a的電流成為規定量以下的方式進行控制。具體而言,本實施形態中,預充電部922在此情況下使預充電信號的電壓下降而使FET913a在線性區域中動作,藉此可將該電流設為規定量以下。
而且,預充電部922可根據來自電流感測器94的電流信號的變動來使預充電信號的電壓發生變動。即,預充電部922可藉由反饋(feedback)控制來對通過電源線62的電流進行調整。因此,可以使通過電流限制部91a的電流成為規定量以下的定電流的方式進行控制。
以所述方式構成的控制裝置90a如下所述般動作。
以下,對並聯連接有多個(本實施形態中為三個)蓄電元件41(本實施形態中為多個蓄電單元40)的蓄電系統1000a中,對蓄電元件41進行更換或增設時的控制裝置90a的動作(控制方法)進行說明。
而且,以下,對於控制裝置90a的動作,以對多個蓄電單元40中的一個蓄電單元40(蓄電裝置1aC的蓄電單元40)進行更換的情況為例進行說明。然而,只要更換的蓄電單元40的個數少於所有蓄電單元40的個數即可,亦可為二個。而且,對於增設蓄電單元40的情況,亦與更換的情況同樣地動作。
而且,本實施形態中假設:在對蓄電單元40進行更換時,是更換包含該蓄電單元40的整個蓄電裝置1a。即,以下說明的控制裝置90a的動作是在被更換的蓄電裝置1a的控制裝置90a中執行。而且,本實施形態中假設:在對蓄電單元40進行更換時,蓄電系統1000a整體不進行充放電。即,假設:例如蓄電系統1000a與電源2000之間的MCCB(未圖示)及蓄電系統1000a與負載3000之間的MCCB(未圖示)成為斷開。
以下,對於控制裝置90a的動作,使用圖24~圖30來進行說明。
圖24是表示實施形態的控制裝置90a的動作的流程圖。具體而言,該圖24中表示被更換的蓄電裝置1a的控制裝置90a的動作的一例。
如該圖24所示,首先,被更換的蓄電裝置1a(此處為蓄電裝置1aC)的控制裝置90a判定自身的蓄電單元40是否需要預充電(S60)。例如,控制裝置90a經由測量基板81(參照圖3)等來獲取外部連接端子201的電壓Vterm及蓄電單元40的電壓Vcell。並且,在該些差分電壓|Vterm-Vcell|大於設定值的情況下,判斷為需要預充電(S60中為是(Yes))。另一方面,控制裝置90a在差分電壓|Vterm-Vcell|為設定值以下的情況下,判斷為不需要預充電(S60中為否(No))。
此處,該設定值是指預定的任意電壓,並無特別限定,例如是蓄電元件41中流動有可能引起不良情況的最小橫流時的、外部連接端子201的電壓與蓄電單元40的電壓的差分電壓。
圖25是示意性地表示蓄電裝置1aC被更換時的蓄電系統1000a的狀態的圖。
如該圖25所示,在蓄電裝置1aC被更換時,該蓄電裝置1aC的開關91b成為斷開。而且,其他蓄電裝置1aA、蓄電裝置1aB的開關91b成為導通。
此處,一般而言,對於鋰離子二次電池,就確保安全性的觀點而言,是以SOC低的狀態(例如5%左右)出貨。另一方面,未被更換而使用(通常使用時)的其他蓄電裝置為SOC高的狀態(例如100%左右)。
因而,被更換的蓄電裝置1aC的蓄電單元40的電壓|Vcell|小,與此相對,未被更換的其他蓄電裝置1aA、蓄電裝置1aB的蓄電單元40的電壓|Vcell|大。此處,蓄電裝置1aA、蓄電裝置1aB中,開關91b成為導通,因此蓄電裝置1aA、蓄電裝置1aB的電壓|Vterm|等同於該蓄電裝置1aA、蓄電裝置1aB的電壓|Vcell|。因而,與蓄電裝置1aA、蓄電裝置1aB並聯連接的蓄電裝置1aC的電壓|Vterm|等同於蓄電裝置1aA、蓄電裝置1aB的電壓|Vcell|。因此,蓄電裝置1aC中,成為|Vterm-Vcell|>設定值,因此判定為需要預充電。
在判定為需要預充電的情況下(S60中為是),控制裝置90a進行預充電動作(S70)。另一方面,在判定為不需要預充電的情況下(S60中為否),控制裝置90a不進行預充電動作而進行充放電動作(S80)。
此處,對控制裝置90a的預充電動作(S70)進行具體說明。另外,對於控制裝置90a的充放電動作(S80)將後述。
圖26是表示圖24的預充電動作(S70)的具體例的流程圖。具體而言,該圖26表示預充電動作(S70)中的控制裝置90a的動作的一例。
如該圖26所示,首先,蓄電裝置1aC的控制裝置90a將開關91b設為導通(S71)。
圖27是示意性地表示在本實施形態中的預充電中的蓄電系統1000a的狀態的圖。具體而言,該圖27中示意性地表示被更換的蓄電裝置1aC的開關91b從斷開至導通時的蓄電系統1000a的狀態。
另外,該圖27中,為了便於直觀的理解,作為橫流(充電電流)的流動方向,表示控制裝置90a設於蓄電單元40的正的電源線61中時的電流的流動。因此,該圖27中,與圖21相比,充電電流的流動方向成為相反方向。在以後的同樣的示意圖中亦同樣,與圖21相比,放電電流的流動方向成為相反方向。
如圖27所示,藉由蓄電裝置1aC的開關91b成為導通,從而橫流(充電電流)從其他蓄電裝置1aA、蓄電裝置1aB流入該蓄電裝置1aC。
此時,控制裝置90a獲取由與蓄電元件41的充電或放電的電流路徑(此處為電源線62)的電壓不同的資訊所獲得的該電流路徑的電流量(S72)。具體而言,藉由從電流感測器94輸出的電流信號,來獲取該電流路徑的電流量。
並且,控制裝置90a使用所獲取的電流量,將通過該電流路徑的電流限制為規定量以下。具體而言,控制裝置90a判斷該電流路徑(此處為電源線62)的電流量是否超過規定量(S73)。即,控制裝置90a判斷流入自身的蓄電裝置1aC的橫流是否超過規定值。其結果,在判斷為電流量超過規定量的情況下(S73中為是),將該電流限制為規定量以下(S74)。具體而言,對於預充電信號的電壓,使FET 913a的Vgs小於Vt,以使該電流成為規定量以下,藉此使FET 913a在線性區域中動作。另一方面,在電流量為規定量以下的情況下(S73中為否),控制裝置90a不限制電流(S75)而使其通過。具體而言,對於預充電信號的電壓,使FET的Vgs為Vt以上,藉此使FET 913a在飽和區域中動作。即,將FET913a設為導通(導通狀態)。
反覆進行此種步驟S22~步驟S25的處理,直至判斷為預充電已完成(S76中為是)為止。具體而言,在|Vterm-Vcell|>設定值的情況下,判斷為預充電尚未完成(S76中為否),並返回步驟S72。另一方面,在|Vterm-Vcell|≦設定值的情況下,判斷為預充電已完成(S76中為是),從而完成預充電動作。
圖28是示意性地表示在本實施形態中的預充電完成時的蓄電系統1000a的狀態的圖。具體而言,該圖28中示意性地表示被更換的蓄電裝置1aC的預充電已完成時的蓄電系統1000a的狀態。
如該圖28所示,當預充電完成時,橫流停止,並聯連接的蓄電單元40的SOC得以均勻化(例如α%)。
藉由此種預充電動作,可抑制將多個蓄電元件41(此處為多個蓄電單元40)並聯連接時的過大的橫流。
接下來,對控制裝置90a的充放電動作(圖24的S80)進行說明。
此處,本實施形態中假設:在充放電動作時,蓄電系統1000a整體處於可充放電的狀態。即假設:例如蓄電系統1000a與電源2000之間的MCCB(未圖示)及蓄電系統1000a與負載3000之間的MCCB(未圖示)成為導通。藉此,例如在電源2000的停電時,蓄電系統1000a可對負載3000供給電力。
而且,電流限制部91a只要並非斷開(非導通狀態)即可,亦可為導通(導通狀態)。具體而言,電流限制部91a既可藉由FET 913a在線性區域中動作,從而將電流量限制為規定量以下,亦可藉由FET 913a在飽和區域中動作而成為導通。其中,就實現充電電流或放電電流的增大的觀點而言,較佳為導通。例如,在充放電動作(圖24的S80)中,控制裝置90a將電流限制部91a設為導通,並且進行圖6A及圖6B所示的各處理(S10~S30)。
藉由此種充放電動作(S30),例如起到如下所述的效果。以下,對在電源2000(電源系統)的停電時,蓄電系統1000a所起到的效果進行說明。
圖29及圖30是示意性地表示在本實施形態中的停電時的蓄電系統1000a的狀態的圖。
如圖29所示,本實施形態的蓄電系統1000a與圖7所示的蓄電系統1000同樣,當電源2000停電時,對負載3000供給電力。即,蓄電系統1000a在電源2000的停電時進行電力的後備。此時,多個蓄電裝置1a各自的開關91b成為導通,因此放電電流會從並聯連接的多個蓄電單元40分別流向負載3000。
隨後,當對負載3000的電力供給繼續時,如圖30所示,出現蓄電單元40的電壓達到放電終止電壓以下的蓄電裝置1(此處為蓄電裝置1aB)。此時,該蓄電裝置1aB的控制裝置90a中,開關91b成為斷開,並且輸出斷開信號來作為外部輸出信號。
藉此,在輸入從蓄電裝置1aB的控制裝置90輸出的外部輸出信號來作為外部輸入信號的蓄電裝置1aC的控制裝置90a中,開關91b成為斷開。進而,在蓄電裝置1C的控制裝置90a中,輸出斷開信號來作為外部輸出信號。
藉此,在輸入從蓄電裝置1aC輸出的外部輸出信號的蓄電裝置1aA中,開關91b亦成為斷開,並輸出斷開信號來作為外部輸出信號。
因此,本實施形態的蓄電系統1000a亦與實施形態1的蓄電系統1000同樣,多個蓄電裝置1a中的蓄電單元40的電壓達到放電終止電壓以下的蓄電裝置1a哪怕只有一個,來自所有蓄電裝置1a的蓄電單元40的放電電流均會聯動地停止。因而,根據本實施形態,與實施形態1同樣,只要存在蓄電單元40的電壓達到放電終止電壓以下的蓄電裝置1a,來自所有蓄電裝置1a的放電電流便會聯動地停止。
另外,各控制裝置90a在與自身的蓄電裝置1a連接的電力系統已恢復電力的情況下,亦可將外部輸出信號設為導通信號或斷開信號。藉此,蓄電系統1000a的開關91b在恢復電力時一齊導通或一齊斷開,因此各蓄電單元40一齊連接於電力系統,或者一齊從電力系統分離。因而,可降低恢復電力時的蓄電單元40的不良情況的產生。 此處,控制部92a在蓄電系統1000a的開關91b一齊導通或一齊斷開時(例如放電電流的聯動停止時、電力系統的恢復電力等時),亦可控制電流限制部91a,以使通過電流限制部91a的電流成為規定量以下。即,控制裝置90a在蓄電系統1000a的開關91b一齊導通或一齊斷開的時機,亦可進行圖24所示的動作。 例如,蓄電裝置1a的控制裝置90a在自身的開關91b成為導通的時機(詳細而言,為即將導通之前),判定自身的蓄電單元40是否需要預充電(S60)。並且,在判斷為需要預充電的情況下(S60中為是),將開關91b導通而進行預充電動作之後(S70之後),進行充放電動作(S80)。另一方面,該控制裝置90a在所述時機判斷為不需要預充電的情況下(S60中為否),不進行預充電動作,而是將開關91b導通以進行充放電動作(S80)。 藉此,在蓄電系統1000a的開關91b一齊導通或一齊斷開時,既可抑制過電流,亦可抑制橫流。 另外,判定是否需要預充電的基準並不限於電壓(所述說明中為差分電壓|Vterm-Vcell|),例如亦可為電流。例如,蓄電裝置1a的控制裝置90a亦可在自身的開關91b成為導通的時機(詳細而言為剛剛導通之後),在電流路徑(此處為電源線62)的電流量超過規定量的情況下判定為需要預充電,而在未超過的情況下判定為不需要預充電。
如以上所說明般,本實施形態中,以使通過電流路徑(本實施形態中為電源線62)中所設的電流限制部91a的電流成為規定量以下的方式進行控制。因此,本實施形態中,無須與該電流路徑並聯地設置例如具有預充電用電阻的旁通電路,便可抑制過大的橫流。因而,可以簡易的構成來抑制在將多個蓄電元件並聯連接時流動有過大的橫流的現象。
而且,本實施形態中,藉由使用非接觸式的電流感測器94,既可抑制流經電流路徑的電流的損耗,亦可獲取該電流路徑的電流量。因此,可實現蓄電元件41的高輸出化。而且,藉由使用非接觸式的電流感測器94,可確保流動有大電流的主電路與流動有小電流的周邊電路的絕緣。
而且,本實施形態中,控制部92a判斷該電流路徑的電流量是否超過規定值,在超過的情況下,以使通過電流限制部91a的電流成為規定量以下的方式進行控制。藉此,可抑制電流限制部91a的過剩的電流限制。因而,可實現並聯連接的蓄電元件41彼此的電壓的均勻化所需的時間(預充電所需的時間)的縮短化。
而且,本實施形態中,藉由具備在該電流路徑中與電流限制部91a串聯地設置的開關91b,從而可實現過充電保護或過放電保護的冗餘設計。即,可將確保蓄電元件41的安全性的構成設為冗餘構成。此種冗餘構成在將與出貨時的SOC高(例如約100%)的鉛電池等相比而出貨時的SOC低(例如約5%)的鋰離子二次電池等用作蓄電元件41的情況下,就確保安全性的觀點而言,尤為有效。
而且,本實施形態中,將電流限制部91a設為與充電開關912同樣的構成。即,電流限制部91a阻斷或通過或者限制充電電流及放電電流中的充電電流。蓄電元件41中,較之過放電,過放電更容易產生大的不良情況。因此,藉由將電流限制部91a設為可阻斷充電電流等的構成,從而對於容易產生大的不良情況的過充電保護,可設為冗餘構成。
而且,本實施形態中,控制部92a以使通過電流限制部91a的電流成為定電流的方式進行控制,藉此可實現例如預充電所需的時間的縮短化。具體而言,流經並聯連接的蓄電元件41(本實施形態中為蓄電單元40)彼此的橫流隨著蓄電元件41彼此的電壓的均勻化而逐漸變小。因此,例如被預充電的蓄電元件41(本實施形態中為蓄電裝置1aC的蓄電元件41)中的電壓變化會逐漸變慢。與此相對,藉由以使通過電流限制部91a的電流成為定電流的方式進行控制,從而可使該被預充電的蓄電元件41中的電壓變化為固定,直至預充電完成為止。因此,可實現預充電所需的時間的縮短化。
而且,本實施形態中,藉由使半導體元件(本實施形態中為FET 913a)在線性區域中動作,從而以使該電流成為規定量以下的方式進行控制,因此,例如無須設置預充電用的專用電阻。藉此,可實現構成的簡化。
尤其,本實施形態中,開關91b亦與電流限制部91a同樣地具有半導體元件(本實施形態中為FET 911a、FET 912a),藉由該半導體元件在飽和區域中動作而成為導通,藉由該半導體元件在阻斷區域中動作而成為斷開。換言之,本實施形態中,對於包含半導體元件的大致相同的構成,藉由使其在飽和區域及阻斷區域中動作而用作開關91b,藉由使其在線性區域中動作而用作電流限制部91a。因此,無須使用預充電用的專用構成,便可抑制過大的橫流。
而且,本實施形態中,藉由使用FET(本實施形態中為FET 913a)來作為該半導體元件,從而可以簡易的構成來抑制過大的橫流。具體而言,由於FET為電壓控制型元件,因此與雙極電晶體等電流控制型相比,可簡化控制側的電路構成。而且,就同樣的理由而言,可以小的驅動電流來限制通過該電流路徑的電流。因此,可實現控制裝置90a的低消耗電力化。
(實施形態2的變形例) 而且,控制部亦可進而在電流限制部91a的溫度超過規定溫度的情況下,將開關91b設為斷開。
圖31是表示實施形態2的變形例的控制裝置190a的功能構成的一例的方塊圖。另外,該圖31中亦一併圖示有蓄電單元40。
如該圖31所示,本變形例的蓄電裝置101a與所述實施形態2相比,取代控制裝置90a而具備控制裝置190a。該控制裝置190a與所述實施形態2相比,取代控制部92a而具備控制部192a,進而具備溫度感測器195。
此處,在控制部192a對電流限制部91a的控制因某些異常而未正常進行的情況下,存在如下所述的問題。即,電流限制部91a例如在流動有超過FET 913a的耐量的電流的情況下,該FET 913a有可能遭到破壞。在此情況下,電流限制部91a難以限制電流,因此會在蓄電單元40中流動有過大的橫流,從而有可能產生蓄電元件41的劣化等不良情況。
發明者等人著眼於在如此般電流限制部91a難以限制電流的情況下,該電流限制部91a較之通常進一步發熱的現象,從而獲得本變形例的控制裝置190a的構思。
即,本變形例中,控制部192a在電流限制部91a的溫度超過規定溫度的情況下,將開關91b設為斷開。藉此,在電流限制部91a產生異常的情況下可阻斷橫流,因此可確保安全性。此處,所謂規定溫度並無特別限定,例如是流動有FET 913a遭到破壞的最小電流時的FET 913a的溫度。
本變形例中,控制部192a使用由如下的溫度感測器195所獲取的表示溫度的資訊,來控制電流限制部91a。
溫度感測器195是對電流限制部91a的溫度進行檢測的感測器。本變形例中,溫度感測器195是被設設於安裝有FET 913a的主電路基板82(參照圖3)的FET 913a附近的例如熱阻器。
以所述方式構成的控制裝置190a如下所述般動作。
圖32是表示本變形例的控制裝置190a的動作的流程圖。具體而言,該圖32中表示預充電動作(S170)中的控制裝置190a的動作的一例。
如該圖32所示,變形例中的預充電動作(S170)與所述實施形態2中的預充電動作(參照圖26:S70)相比大致相同,但進而包括溫度判定處理(S121)與使開關91b斷開的處理(S122)。
具體而言,控制裝置190a在步驟S74及步驟S75之後的溫度判定處理(S171)中,判定電流限制部91a的溫度是否超過規定溫度。並且,在電流限制部91a的溫度未超過規定溫度的情況下(S171中為否),移行至步驟S76。另一方面,在電流限制部91a的溫度超過規定溫度的情況下(S171中為是),使開關斷開(S172),而完成預充電動作。
在如上所述的本變形例的控制裝置190a中,亦起到與所述實施形態2同樣的效果。即,可以簡易的構成抑制將多個蓄電元件41(本變形例中為多個蓄電單元40)並聯連接時流動有過大的橫流的現象。
而且,本變形例中,在電流限制部91a的溫度超過規定溫度的情況下,使開關91b斷開,藉此,例如即使在電流限制部91a產生異常的情況下亦可阻斷橫流。因而,可進一步確保安全性。
(其他實施形態) 以上,對本發明的實施形態的蓄電系統進行了說明,但本發明並不限定於所述實施形態及變形例。即,應認為,此次揭示的實施形態及其變形例在所有方面僅為例示而非限制者。意識到,本發明的範圍是由申請專利範圍而非所述說明所示,包含與申請專利範圍均等的含義及範圍內的所有變更。而且,將所述實施形態及變形例中所含的構成要素任意組合而構築的形態亦包含於本發明的範圍內。
而且,例如在所述說明中,對包含各自具備控制裝置的多個蓄電裝置的蓄電系統進行了說明,但控制裝置、或者具備控制裝置及藉此控制充電或放電的蓄電單元的蓄電裝置亦包含於本發明的範圍內。在此種構成中,既可將蓄電單元及控制裝置這兩者搭載於移動體中,亦可僅將其中任一者搭載於移動體中。而且,在包含各自具備控制裝置的多個蓄電裝置的蓄電系統中,亦可僅將一部分蓄電裝置搭載於移動體中。
而且,如下所述的蓄電裝置亦包含於本發明的範圍內。即,蓄電裝置包括:蓄電單元40,具備蓄電元件41;開關,設於所述蓄電單元40的充電或放電的電流路徑中;控制部,對開關供給控制信號;以及外部輸入端子,對開關供給外部輸入信號。此處,開關具有斷開功能及導通功能中的至少一者,所述斷開功能是指在控制信號及外部輸入信號中的至少一者為將該開關設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在控制信號及外部輸入信號均為將該開關設為導通的信號的情況下成為導通的功能。此種蓄電裝置例如被搭載於移動體中。
而且,例如在所述實施形態1及其變形例中,設開關具有斷開功能及導通功能這兩者而進行了說明,所述斷開功能是指在控制信號及外部輸入信號中的至少一者為將該開關設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在控制信號及外部輸入信號均為將該開關設為導通的信號的情況下成為導通的功能。然而,開關亦可構成為僅滿足該斷開功能及該導通功能中的任一種。
以所述方式構成的控制裝置中,充電或放電的電流路徑中分別設置的開關亦根據外部輸入信號而一齊斷開,或者根據外部輸入信號而一齊導通。因此,效果儘管稍差,但與所述實施形態同樣,可降低因過電流造成的蓄電單元40的不良情況的產生。
而且,在使用FET來作為開關的構成中,亦可將該FET用於流經充放電電流路徑的充電電流或放電電流的電流限制用途。
而且,亦可使用實施形態1的變形例1的構成,來對各蓄電裝置102進行ID的自動分配。具體而言,亦可將主電池作為起點而對目標電池自動分配ID(CAN-ID)。藉由如此般進行ID的自動分配,只要僅對主電池分配ID即可,因此可實現與ID的分配相關的作業步驟的簡化。
而且,控制裝置只要控制蓄電單元40的充電及放電中的至少一者即可,例如亦可不對充電及放電中的一者進行控制。例如,在所述實施形態2及其變形例中,設控制部抑制作為橫流的過大的充電電流而進行了說明,但亦可抑制作為該橫流的過大的放電電流。
而且,並聯設有多個蓄電裝置的蓄電系統亦包含於本發明的範圍內,所述蓄電裝置具備所述實施形態2及其變形例中所說明的任一個控制裝置、及藉由該控制裝置來控制充電或放電的蓄電元件41。
根據此種構成,藉由各蓄電裝置具有控制裝置,從而可實現該蓄電裝置的熱插拔(hot-swap)。即,在所述實施形態2及其變形例中,設蓄電系統1000a與電源2000之間的MCCB(未圖示)及蓄電系統1000a與負載3000之間的MCCB(未圖示)為斷開而進行了說明。然而,該些MCCB亦可為導通。藉此,在對多個蓄電裝置中的一部分蓄電裝置進行更換時,其他蓄電裝置將繼續進行充電或放電,從而可實現N+1的冗餘設計。
而且,根據此種構成,可從其他蓄電裝置對被更換的蓄電裝置進行預充電,因此不需要外部的充電器,可實現更換作業的容易化。
而且,所述實施形態2及其變形例中,設抑制預充電時的過大的橫流而進行了說明,但受到抑制的橫流並不限於預充電時,例如亦可為蓄電裝置或蓄電系統的安裝時的橫流。
而且,所述實施形態2及其變形例中所說明的控制裝置的構成不僅可抑制橫流,亦可作為對通常的充放電時的過大的電流進行抑制的構成而使用。
而且,所述實施形態2及其變形例中,控制裝置被設(內藏)於蓄電裝置中,但控制裝置亦可被設於蓄電裝置外。而且,亦可對多個蓄電裝置設置一個控制裝置。即,控制裝置亦可具備:電流限制部,設於並聯連接的多個蓄電元件41各自的充電或放電的電流路徑中;以及控制部,控制多個電流限制部。
而且,實施形態2及其變形例中,控制裝置亦可不具備開關91b。即使為此種構成,藉由具備電流限制部91a,亦可抑制過大的橫流。尤其,在電流限制部91a具有FET的情況下,控制裝置在預充電後的充放電動作中,使該FET在飽和區域中動作,藉此可將電流限制部91a用作開關。即,可將電流限制部91a用於控制通常的充放電時的充電或放電。
而且,實施形態2及其變形例中,控制部只要以使通過電流限制部91a的電流成為規定量以下的方式進行控制即可,亦可不以成為定電流的方式進行控制。
而且,實施形態2及其變形例中,控制部亦可不判斷蓄電元件41的電流路徑的電流量是否超過規定量。例如,控制部既可始終以限制電流限制部91a所通過的電流的方式進行控制,亦可在該電流量的變化率超過規定的變化率的情況下,以使通過電流限制部91a的電流成為規定量以下的方式進行控制。 [產業上的可利用性]
本發明可適用於移動體通信用基站等的後備用電源等。
1、1A~1C、1a、1aA~1aC、101、102、102A~102C、103、101a‧‧‧蓄電裝置
2‧‧‧通信線
3‧‧‧電源線
10‧‧‧外裝體
20‧‧‧底面側配置構件
40‧‧‧蓄電單元
41‧‧‧蓄電元件
50‧‧‧端子側配置構件
60‧‧‧匯流排
61、62‧‧‧電源線
70‧‧‧配線基板
81‧‧‧測量基板
82‧‧‧主電路基板
83、483‧‧‧外部輸入端子
84‧‧‧外部輸出端子
90、90a、190、190a、290、390、490‧‧‧控制裝置
91、91b、393、911~913‧‧‧開關
91a‧‧‧電流限制部
92、92a、192a、292、392、492‧‧‧控制部
93‧‧‧驅動部
94‧‧‧電流感測器
100‧‧‧外裝體本體
191‧‧‧終止電壓判定部
192‧‧‧恢復電力判定部
193‧‧‧異常判定部
195‧‧‧溫度感測器
200‧‧‧前壁部
201‧‧‧外部連接端子
293‧‧‧待命判定部
300‧‧‧上壁部
394‧‧‧測試模式部
400‧‧‧蓄電單元
911a~913a‧‧‧FET
911b~913b‧‧‧二極體
921‧‧‧充放電部
922‧‧‧預充電部
925‧‧‧基準電壓生成部
926‧‧‧IV轉換器
927‧‧‧比較部
928‧‧‧驅動部
931~936‧‧‧光耦合器
941~944‧‧‧電晶體
1000、1000a、1002、1004‧‧‧蓄電系統
2000‧‧‧電源
3000‧‧‧負載
S1‧‧‧通常模式
S2‧‧‧測試模式
S10~S30、S31~S33、S201、S202、S211~S214、S221~S223、S231、S60~S80、S70~S76、S171、S172‧‧‧步驟
圖1是表示實施形態1的蓄電系統的整體外觀圖的立體圖。 圖2是表示實施形態1的蓄電系統的功能構成的方塊圖。 圖3是表示將實施形態1的蓄電裝置分解時的各構成要素的分解立體圖。 圖4是表示實施形態1的控制裝置的功能構成的方塊圖。 圖5是表示實施形態1的控制裝置的具體電路構成的一例的電路圖。 圖6A是表示實施形態1的控制裝置的動作的流程圖。 圖6B是表示圖6A的輸出處理中的詳細動作的流程圖。 圖7是示意性地表示在實施形態1中的停電時的蓄電系統的狀態的圖。 圖8是示意性地表示在實施形態1中的停電時的蓄電系統的狀態的圖。 圖9是示意性地表示在實施形態1中的恢復電力時的蓄電系統的狀態的圖。 圖10是示意性地表示在實施形態1中的恢復電力時的蓄電系統的狀態的圖。 圖11是示意性地表示在實施形態1中的異常產生時的蓄電系統的狀態的圖。 圖12是表示控制裝置的功能構成的變形例的方塊圖。 圖13是表示實施形態1的變形例1的蓄電系統的功能構成的方塊圖。 圖14是表示實施形態1的變形例1的控制裝置的功能構成的方塊圖。 圖15是表示在實施形態1的變形例1中的各蓄電裝置的電源接通時的蓄電裝置間的交互的序列圖。 圖16是與實施形態1的變形例2的蓄電裝置的動作模式相關的狀態轉變圖。 圖17是表示實施形態1的變形例2的控制裝置的功能構成的方塊圖。 圖18是表示實施形態1的變形例3的蓄電系統的功能構成的方塊圖。 圖19是表示實施形態2的蓄電系統的功能構成的方塊圖。 圖20是表示實施形態2的控制裝置的功能構成的一例的方塊圖。 圖21是表示實施形態2的控制裝置的具體電路構成的一例的電路圖。 圖22是表示實施形態2的FET的特性的一例的圖表。 圖23是表示實施形態2的預充電部的功能構成的一例的方塊圖。 圖24是表示實施形態2的控制裝置的動作的流程圖。 圖25是示意性地表示在實施形態2中的預充電前的蓄電系統的狀態的圖。 圖26是表示圖24的預充電動作的具體例的流程圖。 圖27是示意性地表示在實施形態2中的預充電中的蓄電系統的狀態的圖。 圖28是示意性地表示在實施形態2中的預充電完成時的蓄電系統的狀態的圖。 圖29是示意性地表示在實施形態2中的停電時的蓄電系統的狀態的圖。 圖30是示意性地表示在實施形態2中的停電時的蓄電系統的狀態的圖。 圖31是表示實施形態2的變形例的控制裝置的功能構成的一例的方塊圖。 圖32是表示實施形態2的變形例的控制裝置的動作的流程圖。
1‧‧‧蓄電裝置
40‧‧‧蓄電單元
41‧‧‧蓄電元件
62‧‧‧電源線
83‧‧‧外部輸入端子
84‧‧‧外部輸出端子
90‧‧‧控制裝置
91‧‧‧開關
92‧‧‧控制部
191‧‧‧終止電壓判定部
192‧‧‧恢復電力判定部
193‧‧‧異常判定部
201‧‧‧外部連接端子

Claims (23)

  1. 一種控制裝置,對具備蓄電元件的一個以上的蓄電單元的充電或放電進行控制,所述控制裝置包括: 開關,設於所述一個以上的蓄電單元各自的充電或放電的電流路徑中; 控制部,對所述開關供給控制信號;以及 外部輸入端子,對所述開關供給外部輸入信號, 所述開關各自具有斷開功能及導通功能中的至少一者,所述斷開功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號中的至少一者為將所述開關設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號均為將所述開關設為導通的信號的情況下成為導通的功能。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的控制裝置,其中 所述控制裝置對一個蓄電單元的充電或放電進行控制, 所述控制裝置更包括:外部輸出端子,對其他蓄電單元的所述電流路徑中所設的其他開關輸出外部輸出信號, 在所述一個蓄電單元的所述電流路徑中所設的一個開關為導通的情況下,從所述外部輸出端子輸出將所述其他開關設為導通的所述外部輸出信號,在所述一個開關為斷開的情況下,從所述外部輸出端子輸出將所述其他開關設為斷開的所述外部輸出信號。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的控制裝置,其中 在所述一個以上的蓄電單元中的任一者的電壓為放電終止電壓以下的情況下, 輸入將所述開關設為斷開的信號來作為所述外部輸入信號。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的控制裝置,其中 在與所述一個以上的蓄電單元連接的電力系統已恢復電力的情況下, 輸入將所述開關設為導通或斷開的信號來作為所述外部輸入信號。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的控制裝置,其中 在所述控制裝置的電源接通後允許將所述開關設為導通的情況下,輸入將所述開關設為導通的信號來作為所述外部輸入信號。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的控制裝置,其中 在所述一個以上的蓄電單元中的任一者成為測試模式的情況下,在已呈所述測試模式的各蓄電單元的所述電流路徑中所設的所述開關成為導通。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的控制裝置,其中 在所述一個以上的蓄電單元中的任一者產生異常的情況下,產生所述異常的各蓄電單元的所述電流路徑中所設的所述開關成為斷開。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的控制裝置,其中 所述一個以上的蓄電單元並聯地設有多個, 所述控制部更包括: 電流限制部,設於所述電流路徑中,對通過的電流進行限制;以及 控制部,使用由與所述電流路徑的電壓不同的資訊所獲得的所述電流路徑的電流量,來控制所述電流限制部,以使通過所述電流限制部的電流成為規定量以下。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的控制裝置,其中 所述控制部獲取由非接觸式的電流感測器所獲得的所述電流路徑的電流量,並使用所獲取的所述電流路徑的電流量來控制所述電流限制部。
  10. 如申請專利範圍第8項或第9項所述的控制裝置,其中 所述控制部判斷所述電流路徑的電流量是否超過所述規定量,在超過的情況下,以使通過所述電流限制部的電流成為所述規定量以下的方式進行控制。
  11. 如申請專利範圍第8項至第10項中任一項所述的控制裝置,其中 所述開關是在所述電流路徑中與所述電流限制部串聯地設置。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的控制裝置,其中 所述控制部進而在所述電流限制部的溫度超過規定溫度的情況下,將所述開關設為斷開。
  13. 如申請專利範圍第8項至第12項中任一項所述的控制裝置,其中 所述控制部以使通過所述電流限制部的電流成為所述規定量以下的定電流的方式進行控制。
  14. 如申請專利範圍第8項至第13項中任一項所述的控制裝置,其中 所述電流限制部具有設於所述電流路徑中的半導體元件, 所述控制部藉由使所述半導體元件在線性區域中動作,從而以使通過所述電流限制部的電流成為所述規定量以下的方式進行控制。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的控制裝置,其中 所述半導體元件為場效電晶體(Field effect transistor,FET)。
  16. 一種移動體,包括如申請專利範圍第1項至第15項中任一項所述的控制裝置。
  17. 一種蓄電裝置,包括: 蓄電單元,具備蓄電元件; 開關,設於所述蓄電單元的充電或放電的電流路徑中; 控制部,對所述開關供給控制信號;以及 外部輸入端子,對所述開關供給外部輸入信號, 所述開關具有斷開功能及導通功能中的至少一者,所述斷開功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號中的至少一者為將所述開關設為斷開的信號的情況下成為斷開的功能,所述導通功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號均為將所述開關設為導通的信號的情況下成為導通的功能。
  18. 一種移動體,包括如申請專利範圍第17項所述的蓄電裝置。
  19. 一種控制裝置,對具備蓄電元件的蓄電單元的充電或放電進行控制,所述控制裝置包括: 開關,設於所述蓄電單元的充電或放電的電流路徑中; 控制部,對所述開關供給控制信號; 外部輸入端子,對所述開關供給外部輸入信號;以及 外部輸出端子,對具備其他開關的其他控制裝置輸出外部輸出信號, 所述開關在所述控制信號及所述外部輸入信號中的至少一者為將所述開關設為斷開的信號的情況下成為斷開,或者在所述控制信號及所述外部輸入信號均為將所述開關設為導通的信號的情況下成為導通, 在所述開關成為導通的情況下,從所述外部輸出端子輸出將所述其他開關設為導通的所述外部輸出信號,在所述開關成為斷開的情況下,從所述外部輸出端子輸出將所述其他開關設為斷開的所述外部輸出信號。
  20. 一種蓄電裝置,包括: 如申請專利範圍第19項所述的控制裝置;以及 蓄電單元,藉由所述控制裝置來控制充電或放電。
  21. 一種蓄電系統,包括多個如申請專利範圍第20項所述的蓄電裝置,其中 多個所述蓄電裝置所具備的多個所述蓄電單元為並聯連接, 多個所述控制裝置菊鏈連接成環狀, 多個所述控制裝置各自輸入從前段的所述控制裝置輸出的所述外部輸出信號來作為所述外部輸入信號。
  22. 一種移動體,包括如申請專利範圍第21項所述的蓄電系統。
  23. 一種控制方法,對具備蓄電元件的一個以上的蓄電單元的充電或放電進行控制,其中 在所述一個以上的蓄電單元各自的充電或放電的電流路徑中設有開關,所述控制方法包括如下步驟: 對所述開關供給控制信號; 對所述開關供給外部輸入信號;以及 執行斷開功能及導通功能中的至少一者,所述斷開功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號中的至少一者為將所述開關設為斷開的信號的情況下,使所述開關成為斷開的功能,所述導通功能是指在所述控制信號及所述外部輸入信號均為將所述開關設為導通的信號的情況下,使所述開關成為導通的功能。
TW105119028A 2015-06-30 2016-06-17 控制裝置、蓄電裝置、蓄電系統及其控制方法及具備所述裝置、系統的移動體 TW201707334A (zh)

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