WO2013145000A1 - 異種電池接続装置及びこれを用いた電池システム - Google Patents

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WO2013145000A1
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battery
information
control device
heterogeneous
unit
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PCT/JP2012/002131
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Inventor
政宏 三浦
本田 光利
Original Assignee
株式会社 日立製作所
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    • 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
    • H02J7/0042Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H02J7/0045Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction concerning the insertion or the connection of the 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
    • H01M10/425Structural 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a heterogeneous battery connecting device and a battery system using the same.
  • the system is constructed using a battery module in which a plurality of batteries are connected in series or in parallel.
  • a battery module constituting the battery system fails, there is a need to continue the battery system by replacing only the battery module instead of recreating the entire system.
  • a battery module when a battery module is replaced, it may be replaced with a battery module using a different type of battery for reasons such as user needs.
  • the communication protocol for transmitting and receiving control information corresponding to the battery differs depending on the specification.
  • Patent Literature 1 a communication protocol of various batteries is recognized by a data communication specification recognition unit provided in the battery pack serial communication device, and then a communication protocol transmitted from an application is converted into a communication protocol corresponding to various batteries.
  • a battery pack serial communication device that enables communication with batteries having different specifications is disclosed.
  • the present invention uses a heterogeneous battery connection device that enables easy connection to an existing battery system even when a battery module or the like using a heterogeneous battery is replaced. It is an object to provide a battery system.
  • a battery system includes a plurality of battery cells, a battery module having a battery control device that collects battery information of the plurality of battery cells, and a control device to which battery information of the battery module is input.
  • the battery module and the control device are connected via a heterogeneous battery connection device, and the heterogeneous battery connection device uses the communication protocol of the battery control device and the communication protocol of the control device. It has the control information processing part which converts information, It is characterized by the above-mentioned.
  • the present invention it is possible to provide a heterogeneous battery connection device and a battery system using the same, which can be easily connected to an existing battery system even when a battery module or the like using a different battery is replaced. Can do.
  • the battery system 200 includes a battery module 30 having a plurality of battery cells 20 and a cell control device 210 that controls the battery cells 20, a plurality of battery modules 30, and a battery control device 31 that controls the battery module 30.
  • Battery pack 40 having a plurality of battery packs 40, a battery block 50 having a battery pack control device 230 for controlling the battery packs, a battery block control device 240 for controlling the battery block 50, and a battery block control device 240. It comprises a system controller 250 that collects and manages the collected information.
  • the battery system 200 is handled as a configuration divided according to the battery capacity, such as the battery module 30, the battery pack 40, and the battery block 50. Therefore, the replacement is performed by using the battery module 30, the battery pack 40, or the battery block 50 as one unit.
  • the battery module 30, which is the smallest unit, is arranged and stored in the battery block 40.
  • the battery pack control device 230 is housed in the battery pack 40 in the same manner as the battery module 30.
  • each battery pack 40 is connected to the battery block control device 240 by wiring or the like.
  • each battery pack 40 is provided with a power lead line, and the power lead line is connected to the inverter device 241 and converted into desired AC power, The power is output to a power system 320 as will be described later.
  • the generated AC power is converted into DC power, and each battery is connected via a power lead-out line.
  • the cell 20 can be charged.
  • the battery block 50 is configured to accommodate such a battery pack 40, a battery block control device 240, and an inverter device 241.
  • the battery control device 31 is provided inside the battery module, but may be prepared separately outside.
  • the battery pack control device 230 may be separately provided outside the battery pack 40.
  • the battery module 30 is housed in a rack to form a battery pack 40, and the battery pack 40 is housed in a container to form a battery block 50.
  • the battery block control devices 240 provided in the plurality of battery blocks 50 are connected to and controlled by the system control device 250 via communication lines.
  • the battery block control device 240 and the system control device 250 are connected via a communication line, but may be configured to be connected wirelessly.
  • FIG. 8 illustrates a battery block 50 connected to the wind power generation system 300 as an example.
  • the wind power generation system 300 has a configuration in which the wind power generation apparatus 310, the battery block 50, and the power system 320 are connected by power lines.
  • the battery block 50 stores the excess power when the power generated by the wind power generator 310 is generated in excess of the power value required by the power system 320. Conversely, when the power generated by the wind turbine generator 310 is less than the power required from the power system 320, the battery block 50 is controlled to output the charged power to the power system 320.
  • a configuration when different battery modules 30A and 30B are connected will be described with reference to FIG.
  • a battery module in which the battery module 30A is configured from the laminated battery cell 20A, and a battery module in which the battery module 30B is configured from the cylindrical battery cell 20B are used. explain.
  • the battery pack 40 includes the battery pack control device 230 and the battery modules 30A and 30B. Further, the battery pack control device 230 includes the controller unit 10 and the heterogeneous battery connection unit 100.
  • the controller unit 10 includes a transmission / reception unit 11, a battery pack control unit 12, a power input / output unit 13, and an I / F device connection unit 14.
  • the battery pack control unit 12 is configured to provide a signal for balancing the battery module 30 based on information from the battery module 30 connected to the lower level and information from the battery block control device 240 connected to the higher level, a voltage, A signal for controlling the current and the charge amount (SOC: State Of Charge) is output to the transmission / reception unit 11.
  • the transmission / reception unit 11 outputs a control signal to the heterogeneous battery connection unit 100 via the I / F device connection unit 14 and the connector 111 connected to the I / F device connection unit 14.
  • the connector 111 is separately provided with wiring for outputting the electric power output from the battery module 30 to the outside of the battery pack 40, and the electric power is supplied to the outside via the power input / output unit 13 of the controller unit 10. Is output.
  • the heterogeneous battery connection unit 100 is a device that connects each battery module 30 and the controller unit 10, and one heterogeneous battery connection unit 100 is configured corresponding to each battery module 30.
  • the heterogeneous battery connection unit 100 converts battery information (current / voltage / temperature) acquired from the battery module 30 into a communication protocol used by the controller unit 10 and transmits the communication protocol to the controller unit 10.
  • the heterogeneous battery connection unit 100 converts a control signal from the controller unit 10 into a communication protocol used by the battery control device 31 of the battery module 30 to which the controller module 10 is connected, and performs charge / discharge control of the battery module 30. To do.
  • the heterogeneous battery connection unit 100 roughly includes a system connection unit 110, an I / F control unit 120, a battery connection unit 130, and a storage unit 126 including storage means such as a flash memory and a RAM.
  • the system connection unit 110 includes a connector 111 connected to the I / F device connection unit 14 provided in the controller unit 10.
  • the connector 111 includes a connector corresponding to each of a positive electrode and a negative electrode for inputting and outputting electric power, and a connector for transmitting and receiving information such as battery information and control information. Then, power is input / output via the system connection unit 110, and battery information and control information are transmitted to the controller unit 10.
  • the battery connection unit 130 includes a battery connection terminal 131 connected to the positive electrode and the negative electrode of the battery module 30 (30A, 30B) connected to itself, and a battery control connection unit connected to the battery information connection unit 32 of the battery control device 31. 132.
  • the I / F control unit 120 controls the entire heterogeneous battery connection unit 100, and includes a transmission / reception processing unit 121, a battery information collection unit 122, a control information processing unit 123, and a power control unit 124.
  • the function of the I / F control unit 120 is achieved by, for example, executing a program stored in the storage unit 126 of the heterogeneous battery connection unit 100 in a memory such as a RAM, or by providing a dedicated circuit or the like. Realized.
  • the battery information collecting unit 122 collects battery information transmitted from the battery control device 31, such as current, voltage, and battery temperature information.
  • the battery information is information collected using a current sensor, a voltage sensor, and a temperature sensor (not shown) separately provided in the battery module 30.
  • the collected battery information is transmitted to the control information processing unit 123, and the battery information is converted into a communication protocol used by the controller unit 10 and transmitted to the transmission / reception processing unit 121.
  • the control information processing unit 123 has two major functions. As a first function, the amount of charge (SOC) is calculated based on the current information, voltage information, and temperature information collected by the battery information collection unit 122 described above. As another function, the communication protocol of the information transmitted from the battery control device 31 is recognized, and the current information, voltage information, temperature information, and charge amount information are obtained from the communication protocol used on the battery module 30 side. This is a function for converting to a communication protocol used in the controller unit 10.
  • SOC amount of charge
  • the communication specification recognition unit 154 recognizes the communication information at the head of the control signal data output from the controller unit 10 and stores it in the storage unit 126 as information corresponding to a specific communication protocol. To do. Thereafter, the first communication information of the battery information data output from the battery control device 31 is recognized and stored in the storage unit 126 as information corresponding to a specific communication protocol. Then, the control information processing unit 123 compares both communication protocols stored in the storage unit 126, and based on the protocol conversion calculation and the conversion map, the current information, voltage information, temperature information, and charge amount information are stored in the controller unit 10. Is converted into usable information and transmitted to the transmission / reception processing unit 121.
  • the control information processing unit 123 acquires the control information transmitted by the controller 10 via the transmission / reception processing unit 121.
  • This control information is information instructed on the assumption of a specific battery capacity or a specific battery type (for example, a Li-ion battery for a Li-ion battery or a lead-acid battery for a lead-acid battery).
  • control information processing unit 123 the control information assuming a specific battery capacity and a specific battery type, based on the battery information collected by the battery information collection unit 122, the type of battery module connected, and It also has a function of converting to control information corresponding to the battery capacity. Specifically, the battery type is determined by the battery determination unit 153.
  • the power control unit 124 controls the charging / discharging of the battery module 30 by controlling a switching element (not shown) based on the control information from the control information processing unit 123.
  • step S ⁇ b> 1 the battery module 30 is connected to the controller unit 10 via the heterogeneous battery connection unit 100.
  • step S2 the battery pack control unit 12 of the controller unit 10 and the control information processing unit 123 communicate to recognize the communication protocol used in the controller unit 10, and the communication used in the controller unit 10
  • the protocol is stored in the storage unit 126.
  • the battery information of the battery module 30 and the communication protocol used in the battery control device 31 are also acquired and recognized by the battery information collection unit 122, and the communication protocol used in the battery control device 31 is also stored in the storage unit 126. Saved in.
  • step S3 battery information (current value, voltage value, temperature value) is output from the battery information collection unit 122 to the control information processing unit 123, and the control information processing unit 123 calculates the amount of charge (SOC) based on the battery information. calculate.
  • SOC amount of charge
  • step S ⁇ b> 4 the battery type is determined based on the relationship information between the voltage and the amount of charge (SOC) for each battery type stored in advance in the storage unit 126, and the information on the battery type is stored in the storage unit 126. .
  • step S5 the control information processing unit 123 uses the information on the communication protocol used in the controller unit 10 stored in the storage unit 126 and the information on the communication protocol used in the battery control device 31 to obtain current information,
  • the voltage information, the charge amount information, and the temperature information are converted into a communication protocol that can be used by the controller unit 10, and the information is output to the battery pack control unit 12 of the controller unit 10.
  • step 6 the battery pack control unit 12 of the controller unit 10 determines the voltage range of each battery module 30 based on each battery information converted by the control information processing unit 123 corresponding to each battery module 30, The voltage range and the amount of charge (SOC) in the voltage range are output to each control information processing unit 123 as a control signal.
  • SOC amount of charge
  • step S ⁇ b> 7 the control information processing unit 123 determines the charge amount when the voltage range and the charge amount (SOC) of the output control signal are the usable voltage range and the usable voltage range for the battery type of the battery module 30. SOC) is determined. If it is within the range, it is determined that the battery type is the same as the battery type assumed by the controller unit 10, and the control signal is output to the battery control device 31 without correction in step S9.
  • SOC charge amount
  • the control information processing unit 123 stores the control signal information and the storage unit 126 in step S8.
  • the battery type assumed by the controller unit 10 is specified from the relationship between the voltage and the amount of charge (SOC) for each battery type.
  • the control information processing unit 123 uses the voltage-charge amount relationship information between the battery types stored in advance in the storage unit 126 to transfer the control signal information to the battery module to which the heterogeneous battery connection unit 100 is connected. Is converted into a control signal corresponding to the voltage range.
  • step S9 the corrected control signal is output to the battery control device 31.
  • the different battery connection unit 100 can convert the control signal with the host controller in accordance with the battery type to which the host controller is connected. However, control becomes possible.
  • the heterogeneous battery control device 100 As described above, by using the heterogeneous battery control device 100 according to the first embodiment of the present invention as described above, different types of batteries (for example, the laminated battery 20A and the cylindrical battery 20B) must be used by changing the system. Even if it disappears, different types of battery modules 30A and 30B can be incorporated into the existing battery system 200 and used without changing the hardware and software of the host controller.
  • batteries for example, the laminated battery 20A and the cylindrical battery 20B
  • the information processing unit 123 may acquire the information from the storage unit 126 that stores the information in advance.
  • the control information processing unit 123 includes a different battery determination unit (not shown) that determines which type of battery module 30 is connected in the I / F control unit 120, and the storage unit 126 includes a battery module. For each of the 30 types, information related to the control method of the battery module 30 is stored in advance, and the different battery determination unit determines the type of the battery module 30 based on the voltage and current information of the battery connection terminal 131, You may make it acquire the information regarding the control method of the determined type battery module 30 from a control part.
  • the different types of batteries may be not only the laminated battery 20A and the cylindrical battery, but also a high-power Li-ion battery 30a and a high-capacity lead-acid battery 30b as shown in FIG.
  • the same drawing number is attached
  • the difference between the invention according to this embodiment and the invention according to the first embodiment is that the battery control unit 31 and the battery information connection unit 32 are not provided in the battery module 30.
  • the battery module 30 will be described as a battery module 30A using a plurality of laminated batteries and a plurality of cylindrical battery modules 30B for the sake of convenience.
  • the battery module comprised from these may be sufficient.
  • the heterogeneous battery connection unit 100 (100b) does not have the battery control connection unit in the battery connection unit 130, and the battery information of the battery module 30 is stored in the battery connection terminal 131. It is obtained by the battery information collecting unit 122 collecting information on the arranged current sensor, voltage sensor, and temperature sensor (not shown).
  • the battery information collected by the battery information collecting unit 122 is temporarily stored in the storage unit 126 and then transmitted to the control information processing unit 123.
  • Processing after being transmitted to the control information processing unit 123 is performed in the same manner as in the first embodiment.
  • the battery module 30 can be used for a battery module that does not have the battery control device 31. Since control becomes possible, it becomes possible to use various battery types in the existing battery system 200 without changing the hardware and software of the host controller.
  • the battery module 30 according to the present embodiment includes a plurality of battery cells 20 as shown in FIG. 4, but the invention according to the present embodiment is not limited to a single battery cell 20. Needless to say, it can be used.
  • the difference between the invention according to the present embodiment and the invention according to the first embodiment or the second embodiment is that a different battery connection unit 100 (100a, 100b) is provided with a battery protection switch 140 and battery protection. This is the point that a portion 125 is provided.
  • the battery protection unit 125 is characterized by protecting the battery module 30 connected to itself from overcharge, overdischarge, and overcurrent by controlling ON / OFF of the battery protection switch 140.
  • the battery protection unit 125 in the I / F control unit 120 acquires battery information (current, voltage, charge amount (SOC)) from the control information processing unit 123. Then, the battery protection unit 125 determines that the battery module 30 connected to its own heterogeneous battery connection unit 100 (100c) exceeds a predetermined threshold (first threshold) from the value of the amount of charge (SOC) in the battery information. It is determined whether the battery is overcharged or overdischarged below a predetermined threshold (second threshold). Further, the battery protection unit 125 is in an overcurrent state in which the battery module 30 connected to its own heterogeneous battery connection unit 100 (100c) exceeds the predetermined threshold (third threshold) from the current value of the battery information. It is determined whether or not. When it is determined that at least one of overcharge, overdischarge, and overcurrent is satisfied, the battery protection unit 125 stops charging / discharging the battery module 30 by turning off the battery protection switch 140. To do.
  • the battery protection unit 125 has its own different battery connection unit 100 (100c).
  • the battery module 30 to be connected to a predetermined temperature (for example, a lithium ion battery, the use limit temperature of this lithium ion battery (for example, 60 ° C.), and a lead battery, the lead storage battery, a use limit temperature (for example, 50 ° C.)). It is determined whether or not it exceeds.
  • the battery protection unit 125 may stop charging / discharging by turning off the battery protection switch 140 when a predetermined temperature is exceeded.
  • the battery protection unit 125 and the battery protection switch 140 can be used to shut off the battery module 30 and the host controller. Even if it is used, the existing battery system 200 can be protected without changing the hardware and software of the host controller.

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Abstract

 異なる種類の電池を、既存の電池システムへ容易に接続可能とする、組電池システムの異種電池接続装置を提供することができる。 本発明に係る電池システムは、複数の電池セル、及び当該複数の電池セルの電池情報を収集する電池制御装置を有する電池モジュールと、前記電池モジュールの電池情報が入力される制御装置と、を有する電池システムにおいて、前記電池モジュールと、前記制御装置とは異種電池接続装置を介して接続され、前記異種電池接続装置は、前記電池制御装置の通信プロトコル及び前記制御装置の通信プロトコルに基づいて前記電池情報を変換する制御情報処理部を有することを特徴とする。

Description

異種電池接続装置及びこれを用いた電池システム
 本発明は、異種電池接続装置及びこれを用いた電池システムに関する。
 電池システムにおいては、複数の電池を直列または並列に接続した電池モジュールを用いて、そのシステムを構築する。このような電池システムで、当該電池システムを構成する電池モジュールが故障した場合には、システム全体を作り直すのではなく、当該電池モジュールのみを交換して当該電池システムを継続したいというニーズがある。
 さらに、電池モジュールが交換される場合にはユーザーニーズ等の理由により、異種電池を用いた電池モジュールに交換される場合がある。しかし、電池種が異なる電池モジュールでは、その電池に対応した制御情報を送受信するための通信プロトコルが仕様によって異なる。
 特許文献1には、電池パックシリアル通信装置に設けられたデータ通信仕様認識部によって各種電池の通信プロトコルを認識した上で、アプリケーションから送信された通信プロトコルを各種電池に対応した通信プロトコルに変換することによって、仕様の異なる電池と通信することを可能にした電池パックシリアル通信装置が開示されている。
特開2002-42897号公報
 しかし、近年、自然エネルギ等を利用して発電された大量の電力を電池(二次電池)に蓄えたり、系統からの大量な電力を電池に蓄えたりする上で、より多くの電力を充放電できる大規模な電池システムへの需要が高まっており、このような大規模な電池システムにおいて各電池の情報を収集・制御しようとすると、組まれた電池の規模に対応した制御回路を設ける必要があり、複数の階層構造での制御が必要となる。
 この大規模な電池システムでは、一部の電池モジュール等を交換しようとすると、下位にある電池モジュールの通信プロトコルに関する問題のみを考慮するだけでなく、上位にある制御コントローラの通信の仕様や特性も考慮しなければ、交換する電池モジュールに対応した専用の回路や、専用のソフトの開発が必要となってしまうという課題がある。
 このような背景に鑑みて、本発明は、異種電池を用いた電池モジュール等を交換した場合であっても、既存の電池システムへ容易に接続可能とする、異種電池接続装置及びこれを用いた電池システムの提供を課題とする。
 本発明に係る電池システムは、複数の電池セル、及び当該複数の電池セルの電池情報を収集する電池制御装置を有する電池モジュールと、前記電池モジュールの電池情報が入力される制御装置と、を有する電池システムにおいて、前記電池モジュールと、前記制御装置とは異種電池接続装置を介して接続され、前記異種電池接続装置は、前記電池制御装置の通信プロトコル及び前記制御装置の通信プロトコルに基づいて前記電池情報を変換する制御情報処理部を有することを特徴とする。
 本発明によれば、異種電池を用いた電池モジュール等を交換した場合であっても、既存の電池システムへ容易に接続可能とする、異種電池接続装置及びこれを用いた電池システムを提供することができる。
本発明の実施形態に係る異種電池接続装置を含む電池モジュールの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る異種電池接続装置および制御回路を持たない電池モジュールを有する構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る異種電池接続装置の構成例を示す図である。 ラミネート電池を用いた電池モジュールと、円筒型電池を用いた電池モジュールとを概念的に示した図である。 本発明の実施形態に係る電池システムのブロック図を示す図である。 本発明の実施形態に係る電池システムの構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電池システムにおいて、異種電池と接続した例を示す図である。 本発明の実施形態に係る発電システムを示す図である。 本発明の実施形態に係る電池システムの制御のフローを示す図である。 本発明の実施形態に係る制御情報処理部の詳細を示す図である。
 次に、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」とよぶ)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
《第一の実施形態》
 まず本発明の電池システムの構成を、図5を用いて説明する。本実施形態に係る電池システム200は、複数の電池セル20及びその電池セル20を制御するセル制御装置210を有する電池モジュール30、複数の電池モジュール30およびその電池モジュール30を制御する電池制御装置31を有する電池パック40、複数の電池パック40及びその電池パックを制御する電池パック制御装置230を有する電池ブロック50、その電池ブロック50を制御する電池ブロック制御装置240、並びに電池ブロック制御装置240から受けた情報を収集して管理するシステム制御装置250から構成される。
 本電池システム200は、電池モジュール30、電池パック40、及び電池ブロック50のように、電池の容量に応じて分けられた構成として取り扱われる。したがって、電池モジュール30、電池パック40、又は電池ブロック50をそれぞれ一つの単位として、交換は行われる。
 より具体的な構成については、図6を用いて説明する。図6に示すように、最も小さな単位である電池モジュール30は、電池ブロック40の中に並べられて収納されている。また電池パック制御装置230は、電池モジュール30と同様に電池パック40に収納されている。
 各電池パック40は、図6に示すように、配線などによって電池ブロック制御装置240と接続されている。なお、図6には図示していないが、各電池パック40からは電力引き出し線が備えられており、その電力引き出し線はインバータ装置241に接続されて、所望の交流電力に変換された後、後述するような電力系統320に出力される。また、言うまでも無いが、各電池セル20(図6には図示していない。)を充電する場合には、発電された交流電力が直流電力に変換され、電力引き出し線を介して各電池セル20を充電が可能な構成となっている。電池ブロック50は、このような電池パック40、電池ブロック制御装置240、及びインバータ装置241を収納した構成となっている。
 なお、本実施形態では、電池制御装置31は電池モジュール内部に設けられているが、外部に別途用意していても構わない。電池パック制御装置230も同様に、電池パック40の外部に別途設けても構わない。
 また、より具体的には電池モジュール30はラックに収納され電池パック40を構成し、電池パック40はコンテナに収納されて電池ブロック50を構成している。
 複数の電池ブロック50内に設けられた電池ブロック制御装置240は、それぞれ通信線を介してシステム制御装置250に接続されて制御される。なお、本実施形態では電池ブロック制御装置240とシステム制御装置250は、通信線を介して接続されているが、無線で接続されるような構成となっていても良い。
 図8には、一例として風力発電システム300と接続された電池ブロック50を図示する。風力発電システム300は、風力発電装置310、電池ブロック50、電力系統320がそれぞれ電力線で接続された構成となっている。電池ブロック50は、風力発電装置310で発電された電力が、電力系統320から要求される電力値よりも過剰に発電されている場合にその過剰分の電力を蓄える。逆に電力系統320から要求される電力よりも風力発電装置310で発電される電力が少ない場合、電池ブロック50は充電されている電力を電力系統320に出力するように制御される。
 続いて、異なる電池モジュール30A及び30Bを接続した場合の構成について、図1を用いて説明する。本実施形態では、一つの例として、電池モジュール30Aがラミネート型電池セル20Aから構成されている電池モジュールと、電池モジュール30Bが円筒型電池セル20Bから構成されていると電池モジュールを用いたものについて説明する。
 電池パック40は、上述したように、電池パック制御装置230、及び電池モジュール30A、30Bから構成される。さらに電池パック制御装置230は、コントローラ部10、及び異種電池接続部100から構成される。
 コントローラ部10は、送受信部11、電池パック制御部12、電力入出力部13、及びI/F装置接続部14を有する。電池パック制御部12は、下位に接続されている電池モジュール30の情報や、より上位に接続されている電池ブロック制御装置240からの情報に基づいて、電池モジュール30をバランシングする信号や、電圧、電流、充電量(SOC:State Of Charge)を制御する信号を、送受信部11に出力する。
 送受信部11は、I/F装置接続部14、及び当該I/F装置接続部14と接続されるコネクタ111を介して、制御信号を異種電池接続部100に出力する。なお、コネクタ111には電池モジュール30から出力された電力を電池パック40の外部に出力するための配線が別途設けられており、その電力はコントローラ部10の電力入出力部13を介して外部に出力される。
 続いて、異種電池接続部100の構成について説明する。異種電池接続部100は、電池モジュール30それぞれと、コントローラ部10とを接続する装置であり、電池モジュール30それぞれに対応して一つの異種電池接続部100が構成されている。この異種電池接続部100は、電池モジュール30から取得した電池情報(電流・電圧・温度)を、コントローラ部10が使用する通信プロトコルに変換し、コントローラ部10に送信する。また、この異種電池接続部100は、コントローラ部10からの制御信号を、自身が接続されている電池モジュール30の電池制御装置31が用いる通信プロトコルに変換し、当該電池モジュール30の充放電制御をする。
 異種電池接続部100は、大きく分けると、システム接続部110、I/F制御部120、電池接続部130、及びフラッシュメモリやRAM等の記憶手段からなる記憶部126とを含んでいる。
 システム接続部110は、コントローラ部10に設けられたI/F装置接続部14と接続されるコネクタ111を備える。このコネクタ111は、電力を入出力するための正極、負極それぞれに対応したコネクタと、電池情報や制御情報等の情報を送受信するためのコネクタとから構成される。そして、このシステム接続部110を介して、電力が入出力され、さらに電池情報や制御情報がコントローラ部10に送信される。
 電池接続部130は、自身に接続する電池モジュール30(30A、30B)の正極、負極と接続される電池接続端子131、及び電池制御装置31の電池情報接続部32と接続される電池制御接続部132を有する。
 I/F制御部120は、異種電池接続部100全体の制御を司り、送受信処理部121、電池情報収集部122、制御情報処理部123、及び電力制御部124を有する。このI/F制御部120の機能は、例えば、異種電池接続部100の記憶部126に記憶されたプログラムを、CPUがRAM等のメモリに展開して実行したり、専用回路等を設けることによって実現される。
 電池情報収集部122は、電池制御装置31から送信された電池情報、例えば電流、電圧、電池温度情報を収集する。なお、この電池情報は、電池モジュール30に別途設けられた電流センサ、電圧センサ、及び温度センサ(不図示)を用いて収集された情報である。当該収集された電池情報は、制御情報処理部123に送信され、当該電池情報はコントローラ部10が用いる通信プロトコルに変換されて、送受信処理部121に送信される。
 制御情報処理部123は、大きく二つの機能を有している。一つ目の機能としては、上述した電池情報収集部122で収集された電流情報、電圧情報、温度情報に基づいて充電量(SOC)を計算する。もう一つの機能としては、電池制御装置31から送信された情報の通信プロトコルを認識し、電流情報、電圧情報、温度情報、及び充電量情報を、電池モジュール30側で使用されている通信プロトコルからコントローラ部10で使用される通信プロトコルに変換する機能である。
 具体的には図10に示すように、コントローラ部10から出力された制御信号データの先頭の通信情報を通信仕様認識部154で認識し、特定の通信プロトコルに対応する情報として記憶部126に記憶する。その後、電池制御装置31から出力された電池情報データの先頭の通信情報を認識し、同様に特定の通信プロトコルに対応する情報として記憶部126に記憶する。そして制御情報処理部123は、記憶部126に記憶された両者の通信プロトコルを比較し、プロトコル変換計算や変換マップに基づいて、電流情報、電圧情報、温度情報、及び充電量情報をコントローラ部10が使用可能な情報に変換して送受信処理部121に送信する。
 また、この制御情報処理部123は、コントローラ10が送信した制御情報を、送受信処理部121を介して取得する。この制御情報は、特定の電池容量や、特定の電池種(例えばLiイオン電池ならばLiイオン電池、鉛蓄電池なら鉛蓄電池)を想定して指示されている情報である。
 この制御情報処理部123では、特定の電池容量や、特定の電池種を想定した制御情報を、電池情報収集部122で収集された電池情報に基づいて、接続されている電池モジュールの種類、及び電池容量に対応した制御情報に変換する機能も有している。具体的には電池判定部153により電池種を判定する。
 電力制御部124は、制御情報処理部123からの制御情報に基づき、不図示のスイッチング素子を制御することによって、電池モジュール30の充放電に関する制御を行う。
 続いて、具体的な制御内容について、図9のフローチャートを使って説明する。まず、ステップS1で電池モジュール30が異種電池接続部100を介して、コントローラ部10に接続される。
 続いて、ステップS2で、コントローラ部10の電池パック制御部12と制御情報処理部123が通信を行い、コントローラ部10で使用されている通信プロトコルを認識し、コントローラ部10で使用されている通信プロトコルが記憶部126に保存される。またこのとき、電池モジュール30の電池情報、及び電池制御装置31で使用されている通信プロトコルも電池情報収集部122で取得・認識され、電池制御装置31で使用されている通信プロトコルも記憶部126に保存される。
 ステップS3では、電池情報収集部122から制御情報処理部123へ電池情報(電流値、電圧値、温度値)が出力され、制御情報処理部123は当該電池情報に基づいて充電量(SOC)を計算する。
 ステップS4では、あらかじめ記憶部126に記憶されている、電池種ごとの電圧と充電量(SOC)の関係情報に基づいて、電池種を判断し、当該電池種の情報を記憶部126に記憶する。
 ステップS5では、記憶部126に記憶されたコントローラ部10で使用される通信プロトコルの情報、及び電池制御装置31で使用されている通信プロトコルの情報を用いて、制御情報処理部123が電流情報、電圧情報、充電量情報、及び温度情報をコントローラ部10で使用可能な通信プロトコルに変換し、当該情報をコントローラ部10の電池パック制御部12に出力する。
 ステップ6では、コントローラ部10の電池パック制御部12が、各電池モジュール30に対応した制御情報処理部123で変換された各電池情報に基づいて、各電池モジュール30の電圧範囲を決定して、当該電圧範囲及び当該電圧範囲での充電量(SOC)をそれぞれの制御情報処理部123に制御信号として出力する。
 ステップS7で、制御情報処理部123は、出力された制御信号の電圧範囲と充電量(SOC)が、電池モジュール30の電池種での使用可能電圧範囲及び使用可能電圧範囲のときの充電量(SOC)の範囲内に収まっているか判定する。範囲内に収まっている場合は、コントローラ部10で想定されている電池種と同様の電池種であると判断し、ステップS9で電池制御装置31に、制御信号を補正せずに出力する。
 一方、制御信号の電圧範囲及びそのときの充電量(SOC)が、上述した範囲に収まっていない場合は、ステップS8で制御情報処理部123が、当該制御信号の情報、及び記憶部126に記憶されている電池種ごとの電圧と充電量(SOC)の関係から、コントローラ部10が想定している電池種を特定する。そして、制御情報処理部123は、あらかじめ記憶部126に記憶されている電池種同士の電圧-充電量の関係情報を用いて、制御信号の情報を異種電池接続部100が接続されている電池モジュールの電圧範囲に対応した制御信号に変換する。
 その後、ステップS9に進み、電池制御装置31に補正された制御信号を出力する。
 このように、この異種電池接続部100は、上位のコントローラとの制御信号を、自身が接続されている電池種にあわせて変換することが可能となるため、どのような電池種に交換されたとしても、制御が可能となる。
 以上、上述したように本発明の第一の実施形態に係る異種電池制御装置100を用いることによって、システムの変更によって種類の異なる電池(例えばラミネート電池20Aと円筒型電池20B)を用いなければならなくなったとしても、上位のコントローラのハードウェアやソフトウェアを変更することなく、異なる種類の電池モジュール30A、30Bを、既存の電池システム200に組み込み、使用することが可能となる。
 また、本発明の第一の実施形態に係る異種電池接続部100に、ある種類の電池モジュール30が最初に接続された場合に、その電池モジュール30の種類に対応した制御方法に関する情報を、制御情報処理部123が、あらかじめその情報が記憶された記憶部126から取得するようにしてもよい。
 また、制御情報処理部123はI/F制御部120内に、どの種類の電池モジュール30が接続されたかを判定する異種電池判定部(不図示)を備え、記憶部126内には、電池モジュール30の種類ごとに、それらの電池モジュール30の制御方法に関する情報をあらかじめ記憶しておき、異種電池判定部が、電池接続端子131の電圧、電流情報に基づき電池モジュール30の種類を判定し、その判定した種類の電池モジュール30の制御方法に関する情報を制御部から取得するようにしてもよい。
 なお、種類の異なる電池は、ラミネート電池20Aと円筒型電池だけでなく、図7に示すような高出力型のLiイオン電池30aと高容量型の鉛蓄電池30bであってもよい。
《第二の実施形態》
 次に、本発明に係る第二の実施形態に係る異種電池接続部100(100b)について、図2を用いて説明する。
 なお、第一の実施形態と同様の構成については、同様の図面番号を付してある。特に、本実施形態に係る発明と、第一の実施形態に係る発明との相違点は、電池モジュール30に電池制御装置31及び電池情報接続部32が無い点である。
 なお、図2においても、電池モジュール30は、便宜的に複数のラミネート電池を用いた電池モジュール30Aと複数の円筒型電池モジュール30Bで説明するが、Liイオン電池から構成される電池モジュールと鉛蓄電池から構成される電池モジュールであってもよい。
 本発明の第二の実施形態に係る異種電池接続部100(100b)は、電池接続部130に電池制御接続部を有しておらず、電池モジュール30の電池情報については、電池接続端子131に配置された電流センサ、電圧センサ、及び温度センサ(不図示)の情報を電池情報収集部122が収集することによって得られる。
 電池情報収集部122によって収集された電池情報は、いったん記憶部126に記憶され、その後に制御情報処理部123に送信される。
 制御情報処理部123に送信された後の処理については、第一の実施形態と同様の方法で行われる。
 本実施形態に係る発明のように、電池接続端子131に電流センサ、電圧センサ、温度センサを配置しておくことによって、電池モジュール30に電池制御装置31が無いような電池モジュールにも対応して制御が可能になるため、上位のコントローラのハードウェアやソフトウェアを変更することなく、既存の電池システム200で、よりさまざまな電池種を使用することが可能になる。
 なお、本実施形態に係る電池モジュール30は、図4に示すような複数の電池セル20から構成されているが、一枚の電池セル20のみであったとしても、本実施形態に係る発明は使用可能である点はいうまでも無い。
《第三の実施形態》
 次に、本発明に係る第三の実施形態に係る異種電池接続部100(100c)について、図3を用いて説明する。なお、第一の実施形態または第二の実施形態と同様の構成については、同様の図面番号を付してある。
 特に、本実施形態に係る発明と、第一の実施形態または第二の実施形態に係る発明との相違点は、異種電池接続部100(100a、100b)に、電池保護スイッチ140と、電池保護部125を備えている点である。
 この電池保護部125は、電池保護スイッチ140のON/OFFを制御することによって、自身と接続する電池モジュール30を過充電、過放電、過電流から保護することを特徴とする。
 I/F制御部120内の電池保護部125は、制御情報処理部123から電池情報(電流、電圧、充電量(SOC))を取得する。そして、電池保護部125は、その電池情報の充電量(SOC)の値から、自身の異種電池接続部100(100c)に接続する電池モジュール30が、所定の閾値(第一の閾値)を超える過充電、又は所定の閾値(第二の閾値)以下の過放電状態になっているか否かを判定する。また、電池保護部125は、電池情報の電流値から、自身の異種電池接続部100(100c)と接続する電池モジュール30が、所定の閾値(第三の閾値)を超える過電流状態になっているか否かを判定する。そして、過充電、過放電、過電流のうち、少なくともいずれか一つに該当すると判定した場合、電池保護部125は、電池保護スイッチ140をOFFにすることによって、電池モジュール30の充放電を中止する。
 また、電池保護部125は、制御情報処理部123が、電流、電圧、充電量(SOC)と共に、温度情報も含めて電池情報を生成する場合には、自身の異種電池接続部100(100c)と接続する電池モジュール30が、所定の温度(例えばリチウムイオン電池ならば、このリチウムイオン電池の使用限界温度(例えば60℃)、鉛蓄電池ならばこの鉛蓄電池の使用限界温度(例えば50℃))を超えているか否かを判定する。そして、電池保護部125は所定の温度を超えている場合に電池保護スイッチ140をOFFにすることによって、充放電を中止するようにしてもよい。
 このように、異種電池接続装置で変換された情報をもとに、電池保護部125及び電池保護スイッチ140を用いて電池モジュール30と上位コントローラを遮断することが可能となり、どのような電池種を用いたとしても、上位のコントローラのハードウェアやソフトウェアを変更することなく既存の電池システム200を保護することが可能となる。
1 組電池システム
10 コントローラ部
11 送受信部
12 電池パック制御部
13 電力入出力部
20 電池セル
30 電池モジュール
31 電池制御装置
32 電池情報接続部
100 異種電池接続部
110 システム接続部
111 コネクタ
120 I/F制御部
121 送受信処理部
122 電池情報収集部
123 制御情報処理部
124 電力制御部
125 電池保護部
130 電池接続部
131 電池接続端子
132 電池制御接続部
140 電池保護スイッチ

Claims (7)

  1.  複数の電池セル、及び当該複数の電池セルの電池情報を収集する電池制御装置を有する電池モジュールと、
     前記電池モジュールの電池情報が入力される制御装置と、を有する電池システムにおいて、
     前記電池モジュールと、前記制御装置とは異種電池接続装置を介して接続され、
     前記異種電池接続装置は、前記電池制御装置の通信プロトコル及び前記制御装置の通信プロトコルに基づいて前記電池情報を変換する制御情報処理部を有することを特徴とする電池システム。
  2.  請求項1に記載の電池システムにおいて、
     前記異種電池接続装置は、さらに記憶部を有し、
     当該記憶部は、前記電池制御装置の通信プロトコルに対応した電池の電圧―充電量の関係を予め記憶していることを特徴とする電池システム。
  3.  請求項1または2に記載の電池システムにおいて、
     前記異種電池接続装置は、コネクタ及び前記電池モジュールと接続される電力接続部を有し、
     前記コネクタと前記電力接続部との間にはスイッチング素子を有することを特徴とする電池システム。
  4.  請求項1乃至3のいずれかに記載の電池システムにおいて、
     前記電池情報は、前記電池モジュールの電流情報、電圧情報、及び温度情報であることを特徴とする電池システム。
  5.  請求項1乃至4のいずれかに記載の電池システムにおいて、
     前記異種電池接続装置は、電池保護部を有し、
     前記電池保護部は、前記電池モジュールの温度情報に基づいて前記スイッチング素子の開閉を制御することを特徴とする電池システム。
  6.  複数の電池セル、及び当該複数の電池セルの情報を収集する電池制御装置を有する電池モジュールと、
     前記電池モジュールの電池情報が入力される制御装置と、
     前記電池モジュールと前記制御装置とを接続する異種電池接続装置と、を有する電池システムの制御方法において、
     前記異種電池接続装置は、前記電池制御装置の通信プロトコル及び前記制御装置の通信プロトコルと記憶する第一の過程と、前記制御装置からの制御情報を前記電池モジュールの通信プロトコルに応じて補正する第二の過程を有することを特徴とする電池システムの制御方法。
  7.  請求項6に記載の電池システムの制御方法において、
     前記第二の過程における補正は、前記異種電池接続装置に予め記憶されている電池情報を用いて行うことを特徴とする電池システムの制御方法。
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