WO2015186327A1 - 蓄電装置、及び電源装置 - Google Patents

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WO2015186327A1
WO2015186327A1 PCT/JP2015/002729 JP2015002729W WO2015186327A1 WO 2015186327 A1 WO2015186327 A1 WO 2015186327A1 JP 2015002729 W JP2015002729 W JP 2015002729W WO 2015186327 A1 WO2015186327 A1 WO 2015186327A1
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WO
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battery module
management unit
battery
unit
abnormal state
Prior art date
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PCT/JP2015/002729
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English (en)
French (fr)
Inventor
星仁 岡田
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • H—ELECTRICITY
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    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a power storage device and a power supply device.
  • a backup power supply device that includes a secondary battery such as a lithium ion battery and supplies power from the secondary battery when a commercial AC power supply fails is known.
  • a battery pack configured by connecting secondary batteries in series to form a battery module and further connecting a plurality of battery modules in series is used.
  • a battery module management unit is provided for each battery module, and the battery module management unit may be controlled by the battery pack management unit to manage the entire battery pack. .
  • the SOC state of charge, also referred to as a charge state
  • the battery pack charge control is performed based on the battery module having the highest SOC
  • the battery pack discharge control is performed based on the battery module having the lowest SOC.
  • Use efficiency of the pack is reduced.
  • the operation of the cell control means for monitoring the cell group having a high charge state is continued when charging / discharging of the assembled battery is stopped, and the charge state is lowered.
  • the battery module having a high SOC is discharged and the equalization processing is performed. Therefore, depending on the frequency of the variation, the number of times of the equalization processing increases and the battery module deteriorates. Sometimes.
  • an object of the present invention is to provide a power storage device and a power supply device that can eliminate variation due to a difference in power consumption of a battery module management unit while suppressing the number of executions of equalization processing.
  • the power storage device includes a first battery module having a plurality of batteries connected in series, a second battery module having a plurality of batteries connected in series, and an abnormal state of a battery included in the first battery module.
  • a first voltage measurement unit that detects battery
  • a second voltage measurement unit that detects an abnormal state of a battery included in the second battery module
  • a first battery module management unit that manages a battery included in the first battery module.
  • a second battery module management unit that manages batteries included in the second battery module; a battery pack management unit that controls the first battery module management unit and the second battery module management unit;
  • the battery module management unit includes a first input unit that receives a control signal related to power control from the battery pack management unit, and a battery included in the first battery module.
  • a first output unit configured to transmit a first abnormal state signal representing an abnormal state to the second battery module management unit, wherein the second battery module management unit transmits the first abnormal state signal to the first battery module management unit; And a second output unit that transmits a second abnormal state signal indicating an abnormal state of a battery included in the second battery module to the battery pack management unit, and the battery pack management unit Adjusts the waveform of the control signal so as to reduce the difference between the power consumption of the first battery module management unit and the power consumption of the second battery module management unit.
  • the present invention it is possible to provide a power storage device and a power supply device capable of eliminating variations due to the difference in power consumption of the battery module management unit while suppressing the number of executions of equalization processing.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the power storage device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a power consumption control signal transmitted to the battery module management unit.
  • FIG. 4 is a table information describing the correspondence between the temperature of the battery module management unit and the duty ratio of the power consumption control signal.
  • FIG. 5 is an operation flowchart relating to power consumption control for the battery module management unit.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a power supply device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply device 1 is assumed to be a backup power supply device that is connected to the commercial AC power supply 10 and supplies AC power to the load 12 when the commercial AC power supply 10 fails.
  • the power supply device 1 includes a power storage device 22, a converter 20, an inverter 24, a power supply switching unit 26, and a control unit 28.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the power storage device 22 according to the embodiment of the present invention.
  • the power storage device 22 includes a battery pack 30, a first battery module management unit 40, a second battery module management unit 50, and a battery pack management unit 60.
  • the battery pack 30 includes a plurality of battery modules configured by connecting one or more secondary batteries (also referred to as batteries) in series, and the plurality of battery modules are connected in series.
  • the secondary battery included in the battery pack 30 is, for example, a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. Some of the battery modules included in the battery pack 30 may be connected in parallel to each other, and all or some of the secondary batteries included in the battery module may be connected in parallel to each other.
  • the first battery module management unit 40 is associated with the battery module at the highest potential (also referred to as the upper battery module in FIG. 2 or the first battery module). Further, the second battery module management unit 50 is associated with the battery module at the lowest potential (also referred to as a battery module below the paper surface in FIG. 2 or a second battery module).
  • the first battery module management unit 40 detects the voltage value Vd and the like of the first battery module, and sends the detected measurement value to the battery pack management unit 60 via CAN (ControllerCArea Network, also referred to as the first transmission path). Send.
  • CAN ControllerCArea Network
  • the first battery module management unit 40 generates a first abnormal state signal indicating whether or not the first battery module is in an abnormal state (for example, an overdischarge state or an overcharge state), and the first transmission line Transmits to the second battery module management unit 50 via a different second transmission path.
  • the second battery module management unit 50 detects the voltage value Vd and the like of the second battery module, and transmits the detected measurement value to the battery pack management unit 60 via the first transmission path.
  • the second battery module management unit 50 generates a second abnormal state signal indicating whether or not the second battery module is in an abnormal state, and transmits the second abnormal state signal to the battery pack management unit 60 via the second transmission path.
  • the first battery module management unit 40 operates with power supplied from the first battery module
  • the second battery module management unit 50 operates with power supplied from the second battery module. Assume that.
  • the first battery module management unit 40 includes an equalization processing unit 71, a voltage measurement unit 72 (also referred to as a first voltage measurement unit), a temperature measurement unit 73 (also referred to as a first temperature measurement unit), a CAN input / output unit 74, and an input.
  • a unit 76 also referred to as a first input unit
  • an output unit 75 also referred to as a first output unit
  • a module control unit 77 are included.
  • the equalization processing unit 71 discharges the secondary battery specified by the module control unit 77 and performs the equalization processing so that the terminal voltages of the plurality of secondary batteries constituting the first battery module approach uniformly. Execute.
  • the equalization processing unit has an equalization circuit connected in parallel for each secondary battery.
  • the equalization circuit includes a switching element and a resistance element connected in series.
  • the switching element for example, an n-type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) which is one of semiconductor switches can be used. Instead of the n-type MOSFET, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), GaN transistor, SiC transistor, or the like may be used.
  • the switching element is turned on / off according to a control signal from the module control unit 77.
  • the equalization process part 71 discharges a secondary battery via a resistance element by turning on a switching element, and performs the equalization process of a secondary battery.
  • the voltage measuring unit 72 measures the terminal voltage of each of the plurality of secondary batteries constituting the first battery module, digitizes the detected voltage value Vd by AD conversion, and outputs it to the module control unit 77. In addition, the voltage measuring unit 72 compares the digitized voltage value Vd with a first threshold value (for example, 2.2 V), and if it is equal to or less than the first threshold value, the corresponding secondary battery is excessive. Judged to be in a discharged state. Further, the voltage measuring unit 72 compares the voltage value Vd with a second threshold value (for example, 4.4 V), and if it is equal to or higher than the second threshold value, the corresponding secondary battery is in an overcharged state. Judge. Further, the voltage measuring unit 72 determines that the terminal voltage of the secondary battery is in a normal state when the voltage value Vd is larger than the first threshold value and smaller than the second threshold value.
  • a first threshold value for example, 2.2 V
  • a second threshold value for example, 4.4 V
  • the voltage measuring unit 72 generates a first abnormal state signal indicating whether the secondary battery is in an overdischarged state, an overcharged state, or a normal state, and outputs the first abnormal state signal to the module control unit 77 and the output unit 75. For example, if the secondary battery is in a normal state, the voltage measuring unit 72 generates a pulse signal having a first duty ratio (for example, 50%) at a first reference period (for example, 125 ⁇ s) as the first abnormal state signal. To do. On the other hand, if the secondary battery is in an overdischarged state, the voltage measuring unit 72 generates a pulse signal having a second duty ratio (for example, 90%) that is larger than the first duty in the first reference period. If in an overcharged state, a pulse signal having a third duty ratio (for example, 10%) smaller than the first duty ratio is generated in the first reference period.
  • a first duty ratio for example, 50%
  • a first reference period for example, 125 ⁇ s
  • the temperature measurement unit 73 measures the surface temperature of the first battery module and the surface temperature of the substrate on which the first battery module management unit is mounted, and detects the detected surface temperature value Tm of the first battery module and the surface temperature of the substrate. Is output to the module control unit 77. In the embodiment of the present invention, it is assumed that the temperature measuring unit 73 outputs the detected temperature as an analog value to the module control unit 77 and performs AD conversion and digitization by the module control unit 77. The temperature measurement unit 73 may perform AD conversion and digitize.
  • the CAN input / output unit 74 performs signal processing (for example, frame formation and conversion to a differential transmission method) for transmitting and receiving signals to and from the battery pack management unit 60 via the first transmission path.
  • signal processing for example, frame formation and conversion to a differential transmission method
  • the CAN input / output unit 74 receives a data signal such as the voltage value Vd received from the module control unit 77 via the first transmission path. 60. Further, the CAN input / output unit 74 outputs a command signal received from the battery pack management unit 60 via the first transmission path to the module control unit 77.
  • the output unit 75 has an insulating circuit having an electrically isolated input / output terminal.
  • the output unit 75 transmits the first abnormal state signal received from the voltage measurement unit 72 to the second battery module management unit 50 via the insulation circuit. Thereby, the terminal voltage of the first battery module is monitored by both the first battery module management unit 40 and the second battery module management unit 50. As a result, even if one of them fails, the abnormal state of the first battery module can be detected, and fail safe can be realized.
  • the input unit 76 receives a control signal related to power control (also referred to as a power consumption control signal) from the battery pack management unit 60. Similar to the output unit 75, the input unit 76 includes an insulating circuit having an electrically isolated input / output terminal, and the power consumption control signal is input to the input terminal of the insulating circuit. On the other hand, the output terminal of the insulation circuit remains open.
  • An insulation circuit is a circuit equipped with a photocoupler, for example, which converts an input signal input to the input terminal into light using a photodiode built in the photocoupler, and then converts the light back into an electrical signal using a phototransistor built in the photocoupler. Output from the output terminal.
  • the first abnormal state signal is transmitted from the first battery module management unit 40 to the second battery module management unit 50
  • the second abnormal state signal is transmitted from the second battery module management unit 50 to the battery pack management. Is transmitted to the unit 60. In other words, it can be said that it is not necessary to operate the input unit 76 of the first battery module management unit 40.
  • the battery pack management unit 60 drives the photodiode by the power consumption control signal and adjusts the power consumption of the first battery module management unit 40 so as to approach the power consumption of the second battery module management unit 50. Details of the power consumption control signal will be described later.
  • the module control unit 77 manages the entire first battery module management unit 40 based on the command signal received from the battery pack management unit 60. For example, when the battery pack management unit 60 instructs transmission of the secondary battery status information, the voltage value Vd received from the voltage measurement unit 72 is output to the CAN input / output unit 74, via the first transmission path. It transmits to the battery pack management part 60. In addition, the module control unit 77 refers to the first abnormal state signal received from the voltage measurement unit 72 and determines whether or not the first battery module is in an abnormal state. When determining that the first battery module is in an abnormal state, the module control unit 77 notifies the battery pack management unit 60 that the first battery module is in an abnormal state via the first transmission path.
  • the configuration and operation of the second battery module management unit 50 are the same as those of the first battery module management unit 40, except for monitoring the first battery module and the second battery module, and the details described later. Therefore, the second battery module management unit 50 will be described mainly with respect to differences from the first battery module management unit 40.
  • the temperature measurement unit 73 (also referred to as a second temperature measurement unit) measures and detects the surface temperature of the second battery module by measuring the surface temperature of the second battery module and the surface temperature of the substrate on which the first battery module management unit is mounted.
  • the temperature value Tm and the substrate surface temperature value Ts are output to the module control unit 77.
  • the output unit 75 (also referred to as the second output unit) transmits the second abnormal state signal received from the voltage measurement unit 72 (also referred to as the second voltage measurement unit) to the battery pack management unit 60 via the second transmission path. To do. Thereby, the terminal voltage of the second battery module is monitored by both the second battery module management unit 50 and the battery pack management unit 60. As a result, even if one of them fails, the abnormal state of the second module can be detected, and fail safe can be realized.
  • the input unit 76 (also referred to as a second input unit) receives the first abnormal state signal from the first battery module management unit 40.
  • the input unit 76 outputs the received first abnormal state signal to the module control unit 77.
  • the module control unit 77 refers to the second abnormal state signal received from the voltage measurement unit 72 and determines whether or not the second battery module is in an abnormal state. Further, the first abnormal state signal received from the input unit 76 is referred to and it is determined whether or not the first battery module is in an abnormal state. When the module control unit 77 determines that the first battery module or the second battery module is in an abnormal state, the first battery module or the second battery module is in an abnormal state in the battery pack management unit 60 via the first transmission path. To be informed.
  • the battery pack management unit 60 controls the first battery module management unit 40 and the second battery module management unit 50 to manage the entire battery pack.
  • the battery pack management unit 60 includes secondary battery state information such as the voltage value Vd received from the first battery module management unit 40 and the second battery module management unit 50, and a current sensor (for example, shunt resistor, Hall element) (not shown). Based on the current value Id of the current flowing through the battery pack received from), the SOC, SOH (State of Of Health, also referred to as deterioration degree), FCC (also referred to as Full Charge of Capacity, full charge capacity), etc. of the secondary battery are calculated. .
  • the battery pack management unit 60 transmits the state information of the secondary battery, the calculated SOC, and the like received from the first battery module management unit 40 and the second battery module management unit 50 to the control unit 28. Further, the battery pack management unit 60 receives the second abnormal state signal when the abnormal state of the first battery module or the second battery module is notified via the first transmission line, or received via the second transmission line. When the abnormal state of the second battery module is detected with reference to the above, the control unit 28 is notified that the first battery module or the second battery module is in an abnormal state.
  • the battery pack management unit 60 specifies a secondary battery on which the equalization process is to be performed based on the voltage value Vd, the SOC, and the like, and controls the first battery module management unit 40 and the second battery module management unit 50. Then, an equalization process is performed on the identified secondary battery. Further, the battery pack management unit 60 generates a power consumption control signal so that the difference between the power consumption of the first battery module management unit 40 and the power consumption of the second battery module management unit 50 is reduced, and the first battery module The power consumption of the management unit 40 is adjusted.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a power consumption control signal transmitted to the first battery module management unit.
  • the power consumption control signal generated by the battery pack management unit 60 at the temperature T1 is shown in FIG.
  • a power consumption control signal (B) at temperature T2 and a power consumption control signal at temperature T3 are shown in (C).
  • the battery pack management unit 60 generates a pulse signal whose pulse width becomes wider as the temperature becomes higher.
  • the duty ratio is (t1 / T) ⁇ 100%, (t2 / T) in order from (A). ) ⁇ 100% (t3 / T) ⁇ 100%. That is, it can be said that the battery pack management unit 60 generates a pulse signal that increases the duty ratio as the power consumption control signal as the temperature increases.
  • the power consumption may vary even when the first abnormal state signal or the second abnormal state signal is transmitted due to variations in response time inherent to the photocoupler.
  • the second reference period is made sufficiently larger than the first reference period. Therefore, the influence which the individual difference of the photocoupler of an insulation circuit has on power consumption can be reduced.
  • the battery pack management unit 60 stores table information describing the correspondence between the temperature and the duty ratio of the power consumption control signal.
  • FIG. 4 shows the duty ratio table information describing the correspondence between the temperature and the duty ratio of the power consumption control signal.
  • n temperature values Ti T1 ⁇ T2... ⁇ Tn-1 ⁇ Tn, i is an integer from 1 to n
  • a duty ratio value Ri to be associated with Ti is described.
  • Such duty ratio table information can be generated by a prior experiment or simulation.
  • the battery pack management unit 60 refers to the duty ratio table information and identifies the duty ratio Ri corresponding to the surface temperature value Ts of the substrate received from the second battery module management unit 50.
  • the battery pack management unit 60 generates a pulse signal with the specified duty ratio and transmits it to the first battery module management unit 40 to adjust the power consumption.
  • the power consumption of the first battery module management unit 40 can be adjusted so as to follow the temperature-dependent characteristics of the power consumption in the second battery module management unit 50, and the power consumption can be adjusted accurately.
  • the substrate surface temperature value Ts cannot be obtained from the second battery module management unit 50
  • the substrate surface temperature value Ts received from the first battery module management unit 40 can be used. Thereby, even when a problem occurs in the temperature measurement unit 73 of the second battery module management unit 50, it is possible to follow the temperature dependence characteristics of the power consumption in the second battery module management unit 50, while improving the reliability. The power consumption can be adjusted.
  • Converter 20 converts AC power supplied from commercial AC power supply 10 into DC power in accordance with an instruction from control unit 28, supplies it to power storage device 22, and charges power storage device 22. Further, when charging, converter 20 manages a charging voltage and a charging current in accordance with an instruction from control unit 28.
  • the inverter 24 discharges the power storage device 22 in accordance with an instruction from the control unit 28, converts the DC power supplied from the power storage device 22 into AC power, and supplies the AC power to the power supply switching unit 26. Further, when discharging, the inverter 24 manages the discharge voltage and the discharge current in accordance with an instruction from the control unit 28. It can be considered that the converter 20 and the inverter 24 constitute a power conversion unit of the power supply device 1.
  • the power supply switching unit 26 receives supply of AC power from the commercial AC power supply 10. Further, the power supply switching unit 26 receives supply of AC power from the inverter 24. Furthermore, the power supply switching unit 26 selects either AC power supplied from the commercial AC power supply 10 or AC power supplied from the inverter 24 in accordance with an instruction from the control unit 28 and supplies the selected power to the load 12. To do.
  • the control unit 28 manages the entire power supply device 1. For example, the control unit 28 instructs the power supply switching unit 26 to switch the AC power supplied to the load 12 to the AC power supplied from the inverter 24 when the commercial AC power supply 10 is abnormal such as a power failure. Further, the control unit 28 instructs the power supply switching unit 26 to switch the AC power supplied to the load 12 to the AC power supplied from the commercial AC power supply 10 when the commercial AC power supply 10 is restored.
  • the control unit 28 causes the converter 20 to execute charge control or the inverter 24 to execute discharge control due to the state information of the secondary battery received from the power storage device 22 and the user operation.
  • the control unit 28 sets a switching element (not shown) disposed between the power storage device 22, the converter 20, and the inverter 24. Control and execute processing such as disconnecting the power storage device 22 from the power supply device 1.
  • FIG. 5 is an operation flowchart relating to power consumption control for the first battery module management unit 40.
  • the battery pack management unit 60 acquires the surface temperature value Ts of the substrate from the second battery module management unit 50 (S10).
  • the battery pack management unit 60 reads and refers to the stored duty ratio table information (S11).
  • the battery pack management unit 60 identifies the duty ratio Ri corresponding to the surface temperature value Ts of the substrate received from the second battery module management unit 50, and determines the duty ratio (S12).
  • the battery pack management unit 60 generates a pulse signal of the second reference period having the determined duty ratio, and transmits it as a power consumption control signal to the first battery module management unit 40 (S13).
  • the first battery module management unit 40 includes an input unit 76 that receives a power consumption control signal from the battery pack management unit 60, and an abnormal state of the secondary battery included in the first battery module.
  • the output part 75 which transmits the 1st abnormal condition signal to represent to the 2nd battery module management part 50 is provided.
  • the second battery module management unit 50 includes an input unit 76 that receives a first abnormal state signal from the first battery module management unit 40, and a second abnormal state signal that represents an abnormal state of a secondary battery included in the second battery module. Is output to the battery pack management unit 60.
  • the battery pack management unit 60 adjusts the waveform of the power consumption control signal so that the difference between the power consumption of the first battery module management unit 40 and the power consumption of the second battery module management unit 50 is reduced. Therefore, the difference between the power consumption of the first battery module management unit 40 and the power consumption of the second battery module management unit 50 can be reduced, and the number of times of equalization processing can be reduced. Can be prevented.
  • the battery pack management unit 60 forms a power consumption control signal with a pulse signal having a second reference period that is larger than the first reference period of the first abnormal state signal and the second abnormal state signal. The duty ratio of the power consumption control signal is adjusted so that the difference in power consumption between the two battery module management units 50 is reduced.
  • the first battery module management unit 40 further includes a temperature measurement unit 73 that detects the surface temperature of its own substrate
  • the second battery module management unit 50 includes a temperature measurement unit 73 that detects the surface temperature of its own substrate. Also have.
  • the battery pack management unit 60 acquires at least one of the surface temperature value Ts of the first battery module management unit 40 and the surface temperature value Ts of the second battery module management unit 50, and the duty ratio is determined according to the acquired temperature. Adjust. For this reason, the temperature dependence characteristic of power consumption can be followed and the difference in power consumption can be eliminated accurately.
  • the battery pack management unit 60 adjusts the duty ratio of the power consumption control signal with reference to the duty ratio table information.
  • the difference in power consumption can be solved with a simple configuration with high accuracy.
  • the first battery module management unit 40 and the second battery module management unit 50 determine whether the secondary battery included in the first battery module is in an abnormal state
  • the second abnormal state signal Based on the above, the second battery module management unit 50 and the battery pack management unit 60 determine whether or not the secondary battery included in the second battery module is in an abnormal state. For this reason, it is possible to detect an abnormal state of the secondary battery while improving the reliability, thereby realizing fail-safe.
  • the example in which the power consumption control signal is generated with reference to the duty ratio table information has been described.
  • the current supplied to each of the first battery module management unit 40 and the second battery module management unit 50 is measured to calculate the respective power consumption, so that the difference in the calculated power consumption is reduced.
  • a power consumption control signal may be generated.
  • the power storage device 22 is configured as a backup power supply device.
  • the power storage device 22 may be mounted on the vehicle as a power source such as HEV (Hybrid Electric Vehicle), PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), EV (Electric Vehicle), or the like.
  • the battery pack 30 may be configured such that a plurality of battery modules (also referred to as third battery modules) at an intermediate potential are disposed between the first battery module and the second battery module. .
  • a third battery module management unit (not shown) is associated with the third battery module. The configuration and operation of the third battery module management unit are to monitor the battery module managed by itself and the battery module arranged immediately above, and indicate whether the battery module managed by itself is in an abnormal state. It is the same as that of the 2nd battery module management part 50 except transmitting an abnormal condition signal to the battery module management part which manages the battery module directly under.
  • the 2nd battery module management part 50 refers to the 3rd abnormal condition signal received from the 3rd battery module management part instead of the 1st battery module, and monitors a 3rd battery module.
  • the battery pack management unit 60 assumes that the photocoupler is driven when the pulse signal is at the H level, and the pulse signal whose pulse width becomes wider as the temperature increases.
  • An example of generating is described.
  • the battery pack 30 when the photocoupler is driven when the pulse signal is at the L level (for example, when the pulse signal is logically inverted halfway), the battery pack 30 has a narrower pulse width as the temperature increases. Such a pulse signal may be generated.
  • a second battery module management unit that manages the included batteries; and a battery pack management unit that controls the first battery module management unit and the second battery module management unit, wherein the first battery module management unit A first input unit that receives a control signal related to control from the battery pack management unit, and a first abnormal state that indicates an abnormal state of a battery included in the first battery module A second output unit for transmitting a signal to the second battery module management unit, wherein the second battery module management unit receives the first abnormal state signal from the first battery module management unit; And a second output unit that transmits a second abnormal state signal representing an abnormal state of a battery included in the second battery module to the battery pack management unit, wherein the battery pack management unit is configured to manage the first battery module.
  • the power storage device adjusts the waveform of the control signal so that the difference between the power consumption of the second battery module and the power consumption of the second battery module management unit is reduced.
  • the battery pack management unit forms the control signal with a pulse signal having a predetermined cycle, and the pulse signal of the pulse signal is reduced so that a difference in power consumption between the first battery module management unit and the second battery module management unit is reduced.
  • Item 2 The power storage device according to Item 1, wherein the duty ratio is adjusted.
  • the first battery module management unit further includes a first temperature measurement unit that detects its own temperature
  • the second battery module management unit further includes a second temperature measurement unit that detects its own temperature
  • the battery pack management unit acquires at least one of a temperature of the first battery module management unit and a temperature of the second battery module management unit, and adjusts the duty ratio according to the acquired temperature.
  • the battery pack management unit stores table information associating at least one of the temperature of the first battery module management unit and the temperature of the second battery module management unit with the duty ratio, Item 4.
  • the first battery module management unit and the second battery module management unit Based on the first abnormal state signal, the first battery module management unit and the second battery module management unit determine whether a battery included in the first battery module is in an abnormal state, and the second abnormal state. 5. The power storage device according to item 4, wherein the second battery module management unit and the battery pack management unit determine whether a battery included in the second battery module is in an abnormal state based on a signal.
  • a power supply device comprising: a power conversion unit; and the power storage device according to any one of items 1 to 5.
  • the power storage device and power supply device according to the present invention are useful for backup power supplies, electric vehicles, and the like.

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Abstract

　第１電池モジュール管理部は、消費電力制御信号を電池パック管理部から受信する入力部と、第１電池モジュールに含まれる二次電池の異常状態を表す第１異常状態信号を第２電池モジュール管理部に送信する出力部を有する。第２電池モジュール管理部は、第１異常状態信号を第１電池モジュール管理部から受信する入力部と、第２電池モジュールに含まれる二次電池の異常状態を表す第２異常状態信号を電池パック管理部に送信する出力部を有する。電池パック管理部は、第１電池モジュール管理部の消費電力と第２電池モジュール管理部の消費電力の差が小さくなるように、消費電力制御信号の波形を調整する。

Description

蓄電装置、及び電源装置
　本発明は、蓄電装置及び電源装置に関する。
　リチウムイオン電池などの二次電池を備え、商用交流電源が停電した際に、二次電池から給電を行うバックアップ用の電源装置が知られている。大出力の電源装置では、二次電池を直列接続して電池モジュールを構成し、さらに複数の電池モジュールを直列接続して構成された電池パックが利用されている。大量の二次電池を効率良く状態監視等するため、電池モジュールごとに電池モジュール管理部を設け、これら電池モジュール管理部を電池パック管理部で制御することにより、電池パック全体を管理することがある。電池モジュールからの給電により電池モジュール管理部が動作する場合、電池モジュール管理部ごとに消費電力が異なると、電池モジュールのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、充電状態とも言う）にばらつきが生じる。一般に、過充放電を回避するため、ＳＯＣが最も高い電池モジュールを基準に電池パックの充電制御を行い、ＳＯＣが最も低い電池モジュールを基準に電池パックの放電制御を行うので、ばらつきが生じると電池パックの利用効率が低下する。従来のある方法では、充電状態にばらつきが存在するとき、組電池の充放電停止時に、充電状態が高い単電池群を監視する単電池制御手段の動作を継続させ、充電状態を低下させている（下記特許文献１参照）。
特開２０１２－１０５６３号公報
　従来の電池モジュールのＳＯＣのばらつきを解消する方法は、ＳＯＣが高い電池モジュールを放電し均等化処理を行うので、ばらつきの発生頻度によっては、均等化処理の実行回数が増加し、電池モジュールが劣化することもある。
　そこで本発明は、均等化処理の実行回数を抑制しながら電池モジュール管理部の消費電力の相違によるばらつきを解消することが可能な蓄電装置及び電源装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る蓄電装置は、直列接続された複数の電池を有する第１電池モジュールと、直列接続された複数の電池を有する第２電池モジュールと、前記第１電池モジュールに含まれる電池の異常状態を検出する第１電圧計測部と、前記第２電池モジュールに含まれる電池の異常状態を検出する第２電圧計測部と、前記第１電池モジュールに含まれる電池を管理する第１電池モジュール管理部と、前記第２電池モジュールに含まれる電池を管理する第２電池モジュール管理部と、前記第１電池モジュール管理部及び前記第２電池モジュール管理部を制御する電池パック管理部とを備え、前記第１電池モジュール管理部は、電力制御に関する制御信号を前記電池パック管理部から受信する第１入力部と、前記第１電池モジュールに含まれる電池の異常状態を表す第１異常状態信号を第２電池モジュール管理部に送信する第１出力部を有し、前記第２電池モジュール管理部は、前記第１異常状態信号を前記第１電池モジュール管理部から受信する第２入力部と、前記第２電池モジュールに含まれる電池の異常状態を表す第２異常状態信号を前記電池パック管理部に送信する第２出力部を有し、前記電池パック管理部は、前記第１電池モジュール管理部の消費電力と前記第２電池モジュール管理部の消費電力の差が小さくなるように、前記制御信号の波形を調整する。
　本発明によれば、均等化処理の実行回数を抑制しながら電池モジュール管理部の消費電力の相違によるばらつきを解消することが可能な蓄電装置及び電源装置を提供することが可能である。
図１は本発明の実施形態に係る電源装置を説明するための図である。 図２は本発明の実施形態に係る蓄電装置を説明するための図である。 図３は電池モジュール管理部へ送信される消費電力制御信号の一例を示す図である。 図４は電池モジュール管理部の温度と消費電力制御信号のデューティー比との対応関係を記述したテーブル情報の図である。 図５は電池モジュール管理部に対する消費電力制御に関わる動作フローチャートである。
　以下、本発明の第１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。
　図１は、本発明の実施形態に係る電源装置１を説明するための図である。本実施形態では、電源装置１は商用交流電源１０と接続され、商用交流電源１０の停電時に、負荷１２に交流電力を供給するバックアップ用の電源装置を想定する。電源装置１は、蓄電装置２２、コンバータ２０、インバータ２４、電源切替部２６、及び制御部２８を備える。
　図２は、本発明の実施形態に係る蓄電装置２２を説明するための図である。蓄電装置２２は、電池パック３０と、第１電池モジュール管理部４０、第２電池モジュール管理部５０及び電池パック管理部６０を含む。電池パック３０は、１つ以上の二次電池（電池とも言う）が直列接続されて構成された電池モジュールを複数含み、これら複数の電池モジュールが直列接続されて構成される。電池パック３０に含まれる二次電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。電池パック３０に含まれる電池モジュールの一部は、お互いに並列接続されていても良く、電池モジュールに含まれる二次電池の全部又は一部は、互いに並列接続されていてもよい。
　電池パック３０を構成する複数の電池モジュールのうち、最高電位にある電池モジュール（図２において紙面の上側の電池モジュール、第１電池モジュールとも言う）に第１電池モジュール管理部４０が対応付けられる。また、最低電位にある電池モジュール（図２において紙面の下側の電池モジュール、第２電池モジュールとも言う）に第２電池モジュール管理部５０が対応付けられる。第１電池モジュール管理部４０は、第１電池モジュールの電圧値Ｖｄ等を検出し、検出した測定値を、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ、第１伝送路とも言う）を介して電池パック管理部６０に送信する。
　また、第１電池モジュール管理部４０は、第１電池モジュールが異常状態（例えば、過放電状態や過充電状態）にあるか否かを表す第１異常状態信号を生成し、第１伝送路とは異なる第２伝送路を介して第２電池モジュール管理部５０に送信する。同様に、第２電池モジュール管理部５０は、第２電池モジュールの電圧値Ｖｄ等を検出し、検出した測定値を、第１伝送路を介して電池パック管理部６０に送信する。また、第２電池モジュール管理部５０は、第２電池モジュールが異常状態にあるか否かを表す第２異常状態信号を生成し、第２伝送路を介して電池パック管理部６０に送信する。
　なお、本発明の実施形態では、第１電池モジュール管理部４０は、第１電池モジュールから電力が供給され動作し、第２電池モジュール管理部５０は、第２電池モジュールから電力が供給され動作することを想定する。
　第１電池モジュール管理部４０は、均等化処理部７１、電圧計測部７２（第１電圧計測部とも言う）、温度計測部７３（第１温度計測部とも言う）、ＣＡＮ入出力部７４、入力部７６（第１入力部とも言う）、出力部７５（第１出力部とも言う）及びモジュール制御部７７を含む。
　均等化処理部７１は、モジュール制御部７７で特定された二次電池を放電し、第１電池モジュールを構成する各複数の二次電池のそれぞれの端子電圧が均一に近づくように均等化処理を実行する。均等化処理部は、二次電池ごとに並列接続される均等化回路を有する。均等化回路は、直列接続されたスイッチング素子と抵抗素子から構成される。スイッチング素子として、例えば、半導体スイッチの一つであるｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)を用いることができる。ｎ型ＭＯＳＦＥＴの代わりにＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＮトランジスタ、ＳｉＣトランジスタなどを用いてもよい。スイッチング素子は、モジュール制御部７７からの制御信号に応じてオン・オフする。均等化処理部７１は、スイッチング素子をオンすることにより抵抗素子を介して二次電池を放電させ、二次電池の均等化処理を実行する。
　電圧計測部７２は、第１電池モジュールを構成する各複数の二次電池の端子電圧を測定し、検出した電圧値ＶｄをＡＤ変換してデジタル化し、モジュール制御部７７に出力する。また、電圧計測部７２は、デジタル化された電圧値Ｖｄを第１しきい値（例えば、２．２Ｖ）と比較し、第１のしきい値以下であれば、対応する二次電池は過放電状態にあると判断する。また、電圧計測部７２は、電圧値Ｖｄを第２しきい値（例えば、４．４Ｖ）と比較し、第２のしきい値以上であれば、対応する二次電池は過充電状態にあると判断する。さらに、電圧計測部７２は、電圧値Ｖｄが第１のしきい値より大きく、第２しきい値より小さい場合、二次電池の端子電圧は正常状態にあると判断する。
　電圧計測部７２は、二次電池が過放電状態、過充電状態又は正常状態のいずれの状態にあるかを表す第１異常状態信号を生成してモジュール制御部７７と出力部７５に出力する。例えば、電圧計測部７２は、二次電池が正常状態にあれば、第１異常状態信号として、第１基準周期（例えば、１２５μｓ）で第１デューティー比（例えば、５０％）のパルス信号を生成する。一方、電圧計測部７２は、二次電池が過放電状態にあれば、第１基準周期で第１デューティーより大きい第２デューティー比（例えば、９０％）のパルス信号を生成し、二次電池が過充電状態にあれば、第１基準周期で第１デューティー比より小さい第３デューティー比（例えば、１０％）のパルス信号を生成する。
　温度計測部７３は、第１電池モジュールの表面温度や第１電池モジュール管理部が実装されている基板の表面温度を測定し、検出した第１電池モジュールの表面温度の値Ｔｍや基板の表面温度の値Ｔｓをモジュール制御部７７に出力する。なお、本発明の実施形態では、温度計測部７３は、検出した温度をアナログ値のままモジュール制御部７７に出力し、モジュール制御部７７にてＡＤ変換してデジタル化することを想定するが、温度計測部７３でＡＤ変換してデジタル化してもよい。
　ＣＡＮ入出力部７４は、第１伝送路を介して電池パック管理部６０との間で信号を送受信するための信号処理（例えば、フレームの形成や差動伝送方式への変換）を行う。電池パック管理部６０との間で送受信する信号として、例えば、ＣＡＮ入出力部７４は、モジュール制御部７７から受け取った電圧値Ｖｄ等のデータ信号を、第１伝送路を介して電池パック管理部６０に送信する。また、ＣＡＮ入出力部７４は、電池パック管理部６０から第１伝送路を介して受信したコマンド信号を、モジュール制御部７７に出力する。
　出力部７５は、電気的に絶縁された入出力端子を備える絶縁回路を有する。出力部７５は、この絶縁回路を介して電圧計測部７２から受け取った第１異常状態信号を第２電池モジュール管理部５０に送信する。これにより、第１電池モジュールの端子電圧は、第１電池モジュール管理部４０及び第２電池モジュール管理部５０の双方で監視されることになる。結果、どちらか一方が故障したとしても第１電池モジュールの異常状態が検出でき、フェールセーフを実現することができる。
　入力部７６は、電池パック管理部６０から電力制御に関する制御信号（消費電力制御信号とも言う）を受信する。入力部７６は、出力部７５と同様、電気的に絶縁された入出力端子を備える絶縁回路を有し、消費電力制御信号は、絶縁回路の入力端子に入力される。一方、絶縁回路の出力端子は開放されたままである。絶縁回路は、例えば、フォトカプラを備えた回路で、入力端子に入力された入力信号をフォトカプラが内蔵する光ダイオードにより光に変換し、さらにその光を内蔵するフォトトランジスタで再び電気信号に変換し出力端子から出力する。上述した第２伝送路では、第１異常状態信号は第１電池モジュール管理部４０から第２電池モジュール管理部５０に伝送され、第２異常状態信号は第２電池モジュール管理部５０から電池パック管理部６０に伝送される。言い換えれば、第１電池モジュール管理部４０の入力部７６を動作させる必要はないとも言える。
　しかしながら、絶縁回路を動作させるためには電力が必要で、特に光ダイオードを駆動すると消費電力が大きくなる。このため、第１電池モジュール管理部４０の入力部７６を動作させず、第２電池モジュール管理部５０の入力部７６を動作させると、第１電池モジュール管理部４０の消費電力と第２電池モジュール管理部５０の消費電力の相違が大きくなる。結果、第１電池モジュールのＳＯＣと第２電池モジュールのＳＯＣとの間でばらつきが生じる。そこで、電池パック管理部６０は、消費電力制御信号により光ダイオードを駆動し、第２電池モジュール管理部５０の消費電力に近づくように第１電池モジュール管理部４０の消費電力を調整する。消費電力制御信号の詳細は後述する。
　モジュール制御部７７は、電池パック管理部６０から受け取ったコマンド信号に基づき、第１電池モジュール管理部４０全体を管理する。例えば、電池パック管理部６０から二次電池の状態情報の送信を指示されると、電圧計測部７２から受け取った電圧値Ｖｄ等をＣＡＮ入出力部７４に出力し、第１伝送路を介して電池パック管理部６０に送信する。また、モジュール制御部７７は、電圧計測部７２から受け取った第１異常状態信号を参照し、第１電池モジュールが異常状態にあるのか否かを判断する。モジュール制御部７７は、第１電池モジュールが異常状態にあると判断した場合、第１伝送路を介して電池パック管理部６０に第１電池モジュールが異常状態にあることを通知する。
　第１電池モジュールと第２電池モジュールを監視すること、及びそれに伴う後述の内容を除き、第２電池モジュール管理部５０の構成及び動作は、第１電池モジュール管理部４０のそれと同じである。そこで、第２電池モジュール管理部５０については、主に第１電池モジュール管理部４０との相違点について説明する。
　温度計測部７３（第２温度計測部とも言う）は、第２電池モジュールの表面温度や第１電池モジュール管理部が実装されている基板の表面温度を測定し、検出した第２電池モジュールの表面温度の値Ｔｍや基板の表面温度の値Ｔｓをモジュール制御部７７に出力する。
　出力部７５（第２出力部とも言う）は、電圧計測部７２（第２電圧計測部とも言う）から受け取った第２異常状態信号を、第２伝送路を介して電池パック管理部６０に送信する。これにより、第２電池モジュールの端子電圧は、第２電池モジュール管理部５０及び電池パック管理部６０の双方で監視されることになる。結果、どちらか一方が故障したとしても第２モジュールの異常状態が検出でき、フェールセーフを実現することができる。
　入力部７６（第２入力部とも言う）は、第１電池モジュール管理部４０から第１異常状態信号を受信する。入力部７６は、受信した第１異常状態信号をモジュール制御部７７に出力する。
　モジュール制御部７７は、電圧計測部７２から受け取った第２異常状態信号を参照し、第２電池モジュールが異常状態にあるのか否かを判断する。また、入力部７６から受け取った第１異常状態信号を参照し、第１電池モジュールが異常状態にあるか否かを判断する。モジュール制御部７７は、第１電池モジュール又は第２電池モジュールが異常状態にあると判断した場合、第１伝送路を介して電池パック管理部６０に第１電池モジュール又は第２電池モジュールが異常状態にあることを通知する。
　電池パック管理部６０は、第１電池モジュール管理部４０及び第２電池モジュール管理部５０を制御し、電池パック全体を管理する。電池パック管理部６０は、第１電池モジュール管理部４０及び第２電池モジュール管理部５０から受け取った電圧値Ｖｄ等の二次電池の状態情報と、図示しない電流センサ（例えば、シャント抵抗、ホール素子）から受け取った電池パックに流れる電流の電流値Ｉｄに基づき、二次電池のＳＯＣ、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ、劣化度合いとも言う）、ＦＣＣ（Ｆｕｌｌ Ｃｈａｒｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ、満充電容量とも言う）等を算出する。
　電池パック管理部６０は、第１電池モジュール管理部４０及び第２電池モジュール管理部５０から受け取った二次電池の状態情報や算出したＳＯＣ等を制御部２８に送信する。また、電池パック管理部６０は、第１伝送路を介して第１電池モジュール又は第２電池モジュールの異常状態が通知された場合、あるいは、第２伝送路を介して受け取った第２異常状態信号を参照して第２電池モジュールの異常状態を検出した場合、第１電池モジュール又は第２電池モジュールが異常状態にあることを制御部２８に通知する。
　また、電池パック管理部６０は、電圧値ＶｄやＳＯＣ等に基づき、均等化処理を実行すべき二次電池を特定し、第１電池モジュール管理部４０及び第２電池モジュール管理部５０を制御して、特定した二次電池に対して均等化処理を実行させる。さらに、電池パック管理部６０は、第１電池モジュール管理部４０の消費電力と第２電池モジュール管理部５０の消費電力の相違が少なくなるように、消費電力制御信号を生成し、第１電池モジュール管理部４０の消費電力の調整を行う。
　図３は、第１電池モジュール管理部へ送信される消費電力制御信号の一例を示す図である。図３において、温度Ｔ１のときに電池パック管理部６０が生成する消費電力制御信号を（Ａ）に示す。同様に、温度Ｔ２のときの消費電力制御信号（Ｂ）に、温度Ｔ３の消費電力制御信号を（Ｃ）に示す。ここで、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３である。図３に示すように、電池パック管理部６０は、温度が高くなるにつれ、パルス幅が広くなるようなパルス信号を生成する。
　第２基準周期Ｔ（例えば、１０００μｓ）とし、パルス幅を（Ａ）から順にｔ１、ｔ２、ｔ３とすると、デューティー比は（Ａ）から順に、（ｔ１／Ｔ）×１００％、（ｔ２／Ｔ）×１００％（ｔ３／Ｔ）×１００％で表される。つまり、電池パック管理部６０は、温度が高くなるにつれ、消費電力制御信号としてデューティー比が大きくなるようなパルス信号を生成するとも言える。ここで、フォトカプラ固有の応答時間のばらつきにより、第１異常状態信号又は第２異常状態信号を伝送する際にも消費電力がばらつくことがある。第１電池モジュール管理部４０の消費電力を調整する際は、この消費電力のばらつきを低減できることが望ましい。そこで、本発明の実施形態では、第２基準周期を第１基準周期に比べ十分に大きくする。これにより、絶縁回路のフォトカプラの個体差が消費電力に与える影響を低減することができる。電池パック管理部６０は、温度と消費電力制御信号のデューティー比との対応関係を記述したテーブル情報を記憶している。
　図４は、温度と消費電力制御信号のデューティー比との対応関係を記述したデューティー比テーブル情報である。図４に示すように、テーブル情報は、温度欄には、ｎ個の温度の値Ｔｉ（Ｔ１＜Ｔ２…＜Ｔｎ－１＜Ｔｎ、ｉは=１からｎの整数）が記述されている。デューティー比欄には、Ｔｉに関連付けるべきデューティー比の値Ｒｉが記述されている。このようなデューティー比テーブル情報は、事前の実験またはシミュレーションにより生成することができる。
　電池パック管理部６０は、デューティー比テーブル情報を参照し、第２電池モジュール管理部５０から受け取った基板の表面温度の値Ｔｓに対応するデューティー比Ｒｉを特定する。電池パック管理部６０は、特定したデューティー比でパルス信号を生成し、第１電池モジュール管理部４０に送信して消費電力の調整を実行する。これにより、第２電池モジュール管理部５０における消費電力の温度依存特性に追従するように、第１電池モジュール管理部４０の消費電力の調整ができ、精度よく消費電力の調整を行うことができる。
　なお、第２電池モジュール管理部５０から基板の表面温度の値Ｔｓが取得できなかった場合は、第１電池モジュール管理部４０から受け取った基板の表面温度の値Ｔｓを用いることができる。これにより、第２電池モジュール管理部５０の温度計測部７３に不具合が生じた場合も、第２電池モジュール管理部５０における消費電力の温度依存特性に追従することができ、信頼性を向上させながら消費電力を調整することができる。
　図１に戻る。コンバータ２０は、制御部２８からの指示に従い、商用交流電源１０から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２２に供給し、蓄電装置２２を充電する。また、充電する際、コンバータ２０は、制御部２８からの指示に従い、充電電圧および充電電流を管理する。
　インバータ２４は、制御部２８からの指示に従い、蓄電装置２２を放電させ、蓄電装置２２から供給される直流電力を交流電力に変換して電源切替部２６に供給する。また、放電する際、インバータ２４は、制御部２８からの指示に従い、放電電圧および放電電流を管理する。なお、コンバータ２０とインバータ２４により、電源装置１の電力変換部が構成されている、と考えることもできる。
　電源切替部２６は、商用交流電源１０から交流電力の供給を受ける。また、電源切替部２６は、インバータ２４から交流電力の供給を受ける。さらに、電源切替部２６は、制御部２８からの指示に従い、商用交流電源１０から供給される交流電力と、インバータ２４から供給される交流電力とのうちいずれか一方を選択し、負荷１２に供給する。
　制御部２８は、電源装置１全体を管理する。例えば、制御部２８は、商用交流電源１０が停電等の異常時に、負荷１２に供給する交流電力をインバータ２４から供給される交流電力へ切り替えるよう電源切替部２６に指示する。また、制御部２８は、商用交流電源１０の復旧時に、負荷１２に供給する交流電力を商用交流電源１０から供給される交流電力に切り替えるよう電源切替部２６に指示する。
　制御部２８は、蓄電装置２２から受け取った二次電池の状態情報やユーザ操作に起因してコンバータ２０に充電制御を実行させ、あるいはインバータ２４に放電制御を実行させる。また、制御部２８は、第１電池モジュール又は第２電池モジュールの異常状態が蓄電装置２２から通知されると、蓄電装置２２とコンバータ２０及びインバータ２４との間に配置される図示しないスイッチング素子を制御し、蓄電装置２２を電源装置１から切り離す等の処理を実行する。
　以上の構成による電池パック管理部６０の動作を説明する。図５は、第１電池モジュール管理部４０に対する消費電力制御に関わる動作フローチャートである。電池パック管理部６０は、第２電池モジュール管理部５０から基板の表面温度の値Ｔｓを取得する（Ｓ１０）。電池パック管理部６０は、記憶されているデューティー比テーブル情報を読み出して参照する（Ｓ１１）。電池パック管理部６０は、第２電池モジュール管理部５０から受け取った基板の表面温度の値Ｔｓに対応するデューティー比Ｒｉを特定し、デューティー比を決定する（Ｓ１２）。電池パック管理部６０は、決定したデューティー比を有する第２基準周期のパルス信号を生成し、消費電力制御信号として第１電池モジュール管理部４０に送信する（Ｓ１３）。
　　本発明の実施形態によれば、第１電池モジュール管理部４０は、消費電力制御信号を電池パック管理部６０から受信する入力部７６と、第１電池モジュールに含まれる二次電池の異常状態を表す第１異常状態信号を第２電池モジュール管理部５０に送信する出力部７５を有する。第２電池モジュール管理部５０は、第１異常状態信号を第１電池モジュール管理部４０から受信する入力部７６と、第２電池モジュールに含まれる二次電池の異常状態を表す第２異常状態信号を電池パック管理部６０に送信する出力部７５を有する。電池パック管理部６０は、第１電池モジュール管理部４０の消費電力と第２電池モジュール管理部５０の消費電力の差が小さくなるように、消費電力制御信号の波形を調整する。このため、第１電池モジュール管理部４０の消費電力と第２電池モジュール管理部５０の消費電力の相違を小さくすることができ、均等化処理の実行回数を少なくすることができるので、二次電池の劣化を抑制することができる。電池パック管理部６０は、消費電力制御信号を第１異常状態信号や第２異常状態信号の第１基準周期より大きな第２基準周期のパルス信号で形成し、第１電池モジュール管理部４０と第２電池モジュール管理部５０の消費電力の差が小さくなるように、消費電力制御信号のデューティー比を調整する。このため、部品の個体差が与える影響を抑制しながら、消費電力の相違を解消できる。第１電池モジュール管理部４０は、自身の基板の表面温度を検出する温度計測部７３をさらに有し、第２電池モジュール管理部５０は、自身の基板の表面温度を検出する温度計測部７３をさらに有する。電池パック管理部６０は、第１電池モジュール管理部４０の表面温度の値Ｔｓと第２電池モジュール管理部５０の表面温度の値Ｔｓうち少なくとも一方を取得し、取得した温度に応じて、デューティー比を調整する。このため、消費電力の温度依存特性に追従することができ、精度よく消費電力の相違を解消することができる。電池パック管理部６０は、デューティー比テーブル情報を参照して消費電力制御信号の前記デューティー比を調整する。このため、簡単な構成で精度よく消費電力の相違を解消することができる。第１異常状態信号に基づき、第１電池モジュール管理部４０及び第２電池モジュール管理部５０は、第１電池モジュールに含まれる二次電池が異常状態であるかを判断し、第２異常状態信号に基づき、第２電池モジュール管理部５０及び電池パック管理部６０は、第２電池モジュールに含まれる二次電池が異常状態であるかを判断する。このため、信頼性を向上させながら二次電池の異常状態を検出することができ、フェールセーフを実現できる。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　上述の実施の形態ではデューティー比テーブル情報を参照して消費電力制御信号を生成する例を説明した。この点、第１電池モジュール管理部４０及び第２電池モジュール管理部５０のそれぞれに供給されている電流を測定し、それぞれの消費電力を算出し、算出したそれぞれの消費電力の相違を少なくするように消費電力制御信号を生成してもよい。
　また、上述の実施の形態では蓄電装置２２はバックアップ用の電源装置を構成している例を説明した。この点、蓄電装置２２は、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの動力源として車両に搭載されていてもよい。
　また、上述の実施の形態では、電池パック３０は、最高電位にある第１電池モジュールと最低電位にある第２電池モジュールから構成される例を説明した。この点、電池パック３０は、第１電池モジュールと第２電池モジュールとの間に、中間電位にある複数の電池モジュール（第３電池モジュールとも言う）が配置されるように構成されていてもよい。第３電池モジュールには、図示しない第３電池モジュール管理部が対応付けられる。第３電池モジュール管理部の構成及び動作は、自身が管理する電池モジュールと直上に配置された電池モジュールを監視すること、及び自身が管理する電池モジュールが異常状態にあるか否かを示す第３異常状態信号を直下の電池モジュールを管理する電池モジュール管理部に送信することを除き、第２電池モジュール管理部５０のそれと同じである。なお、第２電池モジュール管理部５０は、第１電池モジュールの代わりに、第３電池モジュール管理部から受け取った第３異常状態信号を参照し、第３電池モジュールを監視する。
　また、上述の実施の形態では、電池パック管理部６０は、パルス信号がＨレベルのときにフォトカプラが駆動されることを前提に、温度が高くなるにつれ、パルス幅が広くなるようなパルス信号を生成する例を説明した。この点、パルス信号がＬレベルのときにフォトカプラが駆動される場合（例えば、途中でパルス信号が論理反転される場合など）、電池パック３０は、温度が高くなるにつれ、パルス幅が狭くなるようなパルス信号を生成してもよい。
　なお、本実施の形態に係る発明は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。
［項目１］
　直列接続された複数の電池を有する第１電池モジュールと、直列接続された複数の電池を有する第２電池モジュールと、前記第１電池モジュールに含まれる電池の異常状態を検出する第１電圧計測部と、前記第２電池モジュールに含まれる電池の異常状態を検出する第２電圧計測部と、前記第１電池モジュールに含まれる電池を管理する第１電池モジュール管理部と、前記第２電池モジュールに含まれる電池を管理する第２電池モジュール管理部と、前記第１電池モジュール管理部及び前記第２電池モジュール管理部を制御する電池パック管理部とを備え、前記第１電池モジュール管理部は、電力制御に関する制御信号を前記電池パック管理部から受信する第１入力部と、前記第１電池モジュールに含まれる電池の異常状態を表す第１異常状態信号を第２電池モジュール管理部に送信する第１出力部を有し、前記第２電池モジュール管理部は、前記第１異常状態信号を前記第１電池モジュール管理部から受信する第２入力部と、前記第２電池モジュールに含まれる電池の異常状態を表す第２異常状態信号を前記電池パック管理部に送信する第２出力部を有し、前記電池パック管理部は、前記第１電池モジュール管理部の消費電力と前記第２電池モジュール管理部の消費電力の差が小さくなるように、前記制御信号の波形を調整する、蓄電装置。
［項目２］
　前記電池パック管理部は、前記制御信号を所定周期のパルス信号で形成し、前記第１電池モジュール管理部と前記第２電池モジュール管理部の消費電力の差が小さくなるように、前記パルス信号のデューティー比を調整する、項目１に記載の蓄電装置。
［項目３］
　前記第１電池モジュール管理部は、自身の温度を検出する第１温度計測部をさらに有し、前記第２電池モジュール管理部は、自身の温度を検出する第２温度計測部をさらに有し、前記電池パック管理部は、前記第１電池モジュール管理部の温度と前記第２電池モジュール管理部の温度のうち少なくとも一方を取得し、前記取得した温度に応じて、前記デューティー比を調整する、項目２に記載の蓄電装置。
［項目４］
　前記電池パック管理部は、前記第１電池モジュール管理部の温度と前記第２電池モジュール管理部の温度のうち少なくとも一方の温度と、前記デューティー比とを関連付けるテーブル情報を記憶しており、前記テーブル情報を参照して前記デューティー比を調整する、項目３に記載の蓄電装置。
［項目５］
　前記第１異常状態信号に基づき、前記第１電池モジュール管理部及び前記第２電池モジュール管理部は、前記第１電池モジュールに含まれる電池が異常状態であるかを判断し、前記第２異常状態信号に基づき、前記第２電池モジュール管理部及び前記電池パック管理部は、前記第２電池モジュールに含まれる電池が異常状態であるかを判断する、項目４に記載の蓄電装置。
［項目６］
　電力変換部と、項目１～項目５の何れかに記載の蓄電装置を備える、電源装置。
　本発明に係る蓄電装置及び電源装置は、バックアップ電源、電動車両等に有用である。
　　１０　　商用交流電源
　　１２　　負荷
　　２０　　コンバータ
　　２２　　蓄電装置
　　２４　　インバータ
　　２６　　電源切替部
　　２８　　制御部
　　３０　　電池パック
　　４０　　第１電池モジュール管理部
　　５０　　第２電池モジュール管理部
　　６０　　電池パック管理部
　　７１　　均等化処理部
　　７２　　電圧計測部
　　７３　　温度計測部
　　７４　　ＣＡＮ入出力部
　　７５　　出力部
　　７６　　入力部
　　７７　　モジュール制御部

Claims (6)

  1. 　直列接続された複数の電池を有する第１電池モジュールと、
    　直列接続された複数の電池を有する第２電池モジュールと、
    　前記第１電池モジュールに含まれる電池の異常状態を検出する第１電圧計測部と、
    　前記第２電池モジュールに含まれる電池の異常状態を検出する第２電圧計測部と、
    　前記第１電池モジュールに含まれる電池を管理する第１電池モジュール管理部と、
    　前記第２電池モジュールに含まれる電池を管理する第２電池モジュール管理部と、
    　前記第１電池モジュール管理部及び前記第２電池モジュール管理部を制御する電池パック管理部とを備え、
    　前記第１電池モジュール管理部は、電力制御に関する制御信号を前記電池パック管理部から受信する第１入力部と、前記第１電池モジュールに含まれる電池の異常状態を表す第１異常状態信号を第２電池モジュール管理部に送信する第１出力部を有し、
    　前記第２電池モジュール管理部は、前記第１異常状態信号を前記第１電池モジュール管理部から受信する第２入力部と、前記第２電池モジュールに含まれる電池の異常状態を表す第２異常状態信号を前記電池パック管理部に送信する第２出力部を有し、
    　前記電池パック管理部は、前記第１電池モジュール管理部の消費電力と前記第２電池モジュール管理部の消費電力の差が小さくなるように、前記制御信号の波形を調整する、蓄電装置。
  2. 　前記電池パック管理部は、前記制御信号を所定周期のパルス信号で形成し、前記第１電池モジュール管理部と前記第２電池モジュール管理部の消費電力の差が小さくなるように、前記パルス信号のデューティー比を調整する、
    　請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 　前記第１電池モジュール管理部は、自身の温度を検出する第１温度計測部をさらに有し、
    　前記第２電池モジュール管理部は、自身の温度を検出する第２温度計測部をさらに有し、
    　前記電池パック管理部は、前記第１電池モジュール管理部の温度と前記第２電池モジュール管理部の温度のうち少なくとも一方を取得し、
    　前記取得した温度に応じて、前記デューティー比を調整する、
    　請求項２に記載の蓄電装置。
  4. 　前記電池パック管理部は、前記第１電池モジュール管理部の温度と前記第２電池モジュール管理部の温度のうち少なくとも一方の温度と、前記デューティー比とを関連付けるテーブル情報を記憶しており、前記テーブル情報を参照して前記デューティー比を調整する、
    　請求項３に記載の蓄電装置。
  5. 　前記第１異常状態信号に基づき、前記第１電池モジュール管理部及び前記第２電池モジュール管理部は、前記第１電池モジュールに含まれる電池が異常状態であるかを判断し、前記第２異常状態信号に基づき、前記第２電池モジュール管理部及び前記電池パック管理部は、前記第２電池モジュールに含まれる電池が異常状態であるかを判断する、
    　請求項４に記載の蓄電装置。
  6. 　電力変換部と、
    　請求項１～請求項５の何れかに記載の蓄電装置を備える、電源装置。
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