WO2016157740A1 - 蓄電池ユニット及び蓄電システム - Google Patents

Abstract

　蓄電池ユニット（１０）は、複数の蓄電池モジュール（２０）と、電源部（３１）とを備える。複数の蓄電池モジュール（２０）のそれぞれは、蓄電池（２１ａ）と、蓄電池（２１ａ）の充電および放電の少なくとも一方に関する情報を送信する通信部（２２）とを有している。蓄電池（２１ａ）は電気的に接続されて蓄電池群（２１）を構成している。電源部（３１）は、複数の蓄電池モジュール（２０）と電気的に接続されており、蓄電池群（２１）の両端電圧（合成電圧Ｖ０）を入力とし、複数の蓄電池モジュール（２０）通信部（２２）のそれぞれへ駆動電力を供給する。

Description

蓄電池ユニット及び蓄電システム

　本発明は、一般に蓄電池ユニット、より詳細には蓄電池モジュールごとに通信部を備える蓄電池ユニット及び蓄電システムに関する。

　従来、複数の蓄電池モジュールが直列に電気的に接続された蓄電池ユニットにおいて、複数の蓄電池モジュールのそれぞれにおいて、当該蓄電池モジュールに含まれる回路は、当該蓄電池モジュールの蓄電池から電力の供給を受けている（特許文献１参照）。

　特許文献１では、組電池ユニット（蓄電池モジュール）は、複数の電池セル（セル）が直列に接続された組電池と、監視装置と備え、監視装置は、組電池から出力される電圧による電力の供給を受ける。

特開２０１３－１０２６５７号公報

　特許文献１で記載された技術では、監視装置のそれぞれに備えられた回路の動作状態、動作条件、部品などにばらつきがある場合、各蓄電池モジュール（組電池ユニット）で消費される電力にばらつきが生じる。そのため、各蓄電池モジュールのセルに充電された電力量の残量にばらつきが生じることになり、蓄電池モジュールを効率的に使用することができない。

　そこで、本発明は、上記事由に鑑みてなされており、その目的は、蓄電池モジュールを効率的に使用することができる蓄電池ユニット及び蓄電システムを提供することにある。

　本発明の一態様である蓄電池ユニットは、複数の蓄電池モジュールと、電源部とを備え、前記複数の蓄電池モジュールのそれぞれは、蓄電池と、前記蓄電池の充電および放電の少なくとも一方に関する情報を送信する通信部とを有し、各蓄電池は電気的に接続されて蓄電池群を構成しており、前記電源部は、前記複数の蓄電池モジュールと電気的に接続されており、前記蓄電池群の両端電圧を入力とし、前記複数の蓄電池モジュールのそれぞれの前記通信部へ駆動電力を供給することを特徴としている。

　本発明の一態様である蓄電システムは、上記の蓄電池ユニットと、前記蓄電池ユニットと通信するパワーコンディショナと、を備え、前記パワーコンディショナは、前記蓄電池の充電および放電の制御を行うことを特徴としている。

　本発明の蓄電池ユニット及び蓄電システムによると、蓄電池モジュールを効率的に使用することができる。

図１は、実施形態１の蓄電システムの構成を説明する図である。 図２は、蓄電池モジュールの通信部の一部に電力を供給する場合における蓄電システムの構成を説明する図である。

　以下では、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成要素については同じ符号を付している。

　（実施形態１）
　以下、本実施形態における蓄電池ユニット１０について図１を用いて説明する。

　図１は、実施形態１の蓄電システム１の構成を説明する図である。

　図１に示されるように、本実施形態における蓄電システム１は、蓄電池ユニット１０及びパワーコンディショナ５０を備える。蓄電池ユニット１０は、例えば住宅等の施設に設置されている。また、施設内には、パワーコンディショナ５０が設置されている。パワーコンディショナ５０は、商用電源５１から供給される電力を用いて、蓄電池ユニット１０に備えられた複数の蓄電池モジュール２０の充電および放電（具体的には、複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれが有する蓄電池２１ａの充電および放電）の制御を行う装置である。蓄電池ユニット１０は、パワーコンディショナ５０と通信し、複数の蓄電池モジュール２０の充電および放電の少なくとも一方に関するデータ（情報）を送受信する。

　蓄電池ユニット１０は、停電時等において商用電源５１からの電力の供給を受けることができない場合には、パワーコンディショナ５０の制御により、充電された電力を施設内の負荷（図示せず）に供給する。

　蓄電池ユニット１０は、図１に示すように、複数の蓄電池モジュール２０の他、通信中継部３０を備える。複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれは、図１に示すように、蓄電池２１ａと、通信部２２とを備えている。

　蓄電池２１ａは、直列接続された複数のセル２１ｂで構成されている。セル２１ｂは、例えばリチウムイオン電池である。各蓄電池２１ａからは、複数のセル２１ｂの両端電圧の合計値の出力電圧が出力される。

　また、複数の蓄電池モジュール２０は、直列に接続されている。具体的には、各蓄電池２１ａが、図１に示すように、直列接続され、１つの蓄電池群２１を構成している。各蓄電池２１ａが直列に接続された蓄電池群２１の両端電圧Ｖ０が通信中継部３０へ入力される。蓄電池群２１の両端電圧Ｖ０は、各蓄電池２１ａから出力される出力電圧を足し合わせた電圧である。蓄電池群２１の両端電圧Ｖ０（以下、「合成電圧Ｖ０」ともいう）の電圧値は、例えば９３Ｖである。なお、この数値は一例であって、この数値に限定する趣旨ではない。また、本実施形態では、複数の蓄電池２１ａを構成する各セル２１ｂは、仕様上、同一種類、同一性能の電池としている。

　通信部２２は、複数の回路ブロックを有している。具体的には、通信部２２は、回路ブロックとして、図１に示すように、データ制御部２３および通信制御部２４を含んでいる。

　データ制御部２３は、プログラムに従って動作するプロセッサを主なハードウェア要素として備え、蓄電池２１ａに関するデータを取得して、取得したデータを通信中継部３０へ送信する。例えば、データ制御部２３は、蓄電池モジュール２０に備えられた温度センサが計測した蓄電池２１ａの電池温度のデータを取得し、取得したデータ（電池温度）を通信制御部２４を介して通信中継部３０（後述する第１通信部３２）に送信する。データ制御部２３を構成するプロセッサは、メモリと一体化されたマイコン、メモリとは独立した構成など、どのような形態であってもよい。

　通信制御部２４は、データ制御部２３で取得されたデータ（電池温度）を通信中継部３０へ送信する。例えば、通信制御部２４は、ＲＳ４８５の規格で、データ通信を行うための通信ドライバと、ＲＪ４５の規格で定まる通信インターフェースとを含んでいる。通信ドライバは、データ制御部２３から受け取ったデータ（電池温度）を、通信インターフェースに出力する。通信インターフェースは、受け取ったデータ（電池温度）を通信中継部３０へ送信する。

　また、通信制御部２４は、他の蓄電池モジュール２０との通信を行う。これにより、例えば、複数の蓄電池モジュール２０のうち一の蓄電池モジュール２０が他の蓄電池モジュール２０のデータ（電池温度）を収集し、一の蓄電池モジュール２０が一括してデータを、通信中継部３０へ送信することができる。

　通信中継部３０は、図１に示すように、電源部３１、第１通信部３２、制御部３３および第２通信部３４を含んでいる。

　電源部３１は、複数の蓄電池モジュール２０と電気的に接続、具体的には各蓄電池２１ａが直列に接続された蓄電池群２１と電気的に接続されている。電源部３１は、蓄電池群２１の両端電圧（合成電圧Ｖ０）を入力とし、この合成電圧Ｖ０を基にして得られる電力を複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれの通信部２２へ供給する。また、電源部３１は、合成電圧Ｖ０を基にして得られる電力を第１通信部３２、制御部３３および第２通信部３４へ供給する。具体的には、電源部３１は、図１に示すように、第１降圧部４１および第２降圧部４２を含んでいる。第１降圧部４１は、トランスであり、複数の蓄電池モジュール２０からの入力である合成電圧Ｖ０を降圧して第１電圧Ｖ１を生成し、生成した第１電圧Ｖ１を制御部３３および第２通信部３４へ出力する。例えば、第１降圧部４１は、合成電圧Ｖ０（９３Ｖ）を１２Ｖに降圧する。第２降圧部４２は、トランスであり、第１降圧部４１で降圧された電圧をさらに降圧して第２電圧Ｖ２を生成し、生成した第２電圧Ｖ２を第１通信部３２および複数の蓄電池モジュール２０それぞれの通信部２２へ出力する。例えば、第２降圧部４２は、第１降圧部４１で降圧された電圧（１２Ｖ）を、５Ｖに降圧する。なお、これらの数値は一例であって、これらの数値に限定する趣旨ではない。

　第１通信部３２は、複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれとの間で、データの送受信を行う。

　制御部３３は、プログラムに従って動作するプロセッサを主なハードウェア要素として備え、通信中継部３０の全体を制御する。この種のプロセッサは、メモリと一体化されたマイコン、メモリとは独立した構成など、どのような形態であってもよい。制御部３３は、第２通信部３４を介してパワーコンディショナ５０から受け取ったデータ（例えば、電池温度の取得を指示する情報）を、第１通信部３２が各蓄電池モジュール２０へ送信するように、第１通信部３２を制御する。また、制御部３３は、第１通信部３２が蓄電池モジュール２０から受け取ったデータ（電池温度）を、第２通信部３４がパワーコンディショナ５０へ送信するように、第２通信部３４を制御する。

　第２通信部３４は、パワーコンディショナ５０との間で、データの送受信を行う。

　パワーコンディショナ５０は、蓄電池ユニット１０からデータを受信すると、受信したデータに応じて、各蓄電池２１ａの充放電を制御する。例えば、受信したデータが蓄電池２１ａの電池温度である場合には、電池温度に応じた電力量で充電するように各蓄電池２１ａの充電電流および充電電圧のうち少なくとも一方を制御する。

　なお、上述した電源部３１は、蓄電池群２１から入力された合成電圧Ｖ０を降圧する構成であったが、これに限定されない。電源部３１は、合成電圧Ｖ０を昇圧する構成であってもよい。

　（変形例）
　上記実施形態１で説明した蓄電池ユニット１０の電源部３１は、各蓄電池モジュール２０のそれぞれの通信部２２全体に、合成電圧Ｖ０を基にして得られる電力を供給したが、これに限定されない。

　例えば、電源部３１は、各蓄電池モジュール２０のそれぞれの通信部２２の一部に、合成電圧Ｖ０を基にして得られる電力を供給してもよい。

　この場合の一例として、電源部３１が、各通信部２２の通信制御部２４に、合成電圧Ｖ０を基にして得られる電力を供給する場合について、図２を用いて、実施形態１と異なる点を中心に説明する。本変形例では、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

　図２は、蓄電池モジュール２０の通信部２２の一部に電力を供給する場合における蓄電システム１の構成を説明する図である。

　蓄電池モジュール２０は、図２に示すように、さらに、電圧変換部２５を有している。電圧変換部２５は、例えばＤＣＤＣコンバータである。電圧変換部２５は、蓄電池２１ａと電気的に接続されており、蓄電池２１ａから入力された電圧を降圧して、電圧を安定化させ、安定化させた電圧をデータ制御部２３に出力する。これにより、データ制御部２３は、電源部３１から電力の供給を受けることなく、動作可能となる。

　通信中継部３０に含まれる電源部３１は、第２降圧部４２の出力電圧である第２電圧Ｖ２を基に得られる電力を、複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれの通信制御部２４と、第１通信部３２とに供給する。

　なお、本変形例では、電源部３１の電力供給先を、通信部２２の一部として通信制御部２４にしたが、これに限定されない。電源部３１が電力を供給する通信部２２の一部として、データ制御部２３のみであってもよいし、通信制御部２４に含まれる通信ドライバのみであってもよいし、通信制御部２４に含まれる通信インターフェースのみであってもよい。または、電源部３１が電力を供給する通信部２２の一部として、データ制御部２３と通信制御部２４に含まれる通信ドライバとの組であってもよいし、データ制御部２３と通信制御部２４に含まれる通信インターフェースとの組であってもよい。なお、通信部２２を構成するデータ制御部２３および通信制御部２４のうち、電源部３１から電力供給を受けない構成要素については、電圧変換部２５を介して蓄電池２１ａと電気的に接続される。そして、電源部３１から電力供給を受けない構成要素は、蓄電池２１ａから電圧変換部２５を介して電力供給を受ける。また、電源部３１が電力を供給する通信部２２の一部として、データ制御部２３の一部、または通信制御部２４の一部であってもよい。

　上述したパワーコンディショナ５０は、商用電源５１と連携して、商用電源５１から供給される電力を用いて、複数の蓄電池モジュール２０の充電および放電の制御を行うとしたが、これに限定されない。パワーコンディショナ５０は、太陽電池と連携して、太陽電池から供給される電力を用いて、複数の蓄電池モジュール２０の充電および放電の制御を行うとしてもよい。また、パワーコンディショナ５０は、商用電源５１および太陽電池以外の電力、例えば風力、水力、地熱などの自然エネルギーを用いて発電された電力を用いて、複数の蓄電池モジュール２０の充電および放電の制御を行うとしてもよい。

　（まとめ）
　以上説明したように、本発明の一態様である蓄電池ユニット１０は、複数の蓄電池モジュール２０と、電源部３１とを備える。複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれは、蓄電池２１ａと、蓄電池２１ａの充電および放電の少なくとも一方に関する情報を送信する通信部２２とを有している。蓄電池２１ａは電気的に接続されて蓄電池群２１を構成している。電源部３１は、複数の蓄電池モジュール２０と電気的に接続されており、蓄電池群２１の両端電圧（合成電圧Ｖ０）を入力とし、複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれの通信部２２へ駆動電力を供給する。

　この構成によると、蓄電池ユニット１０は、蓄電池群２１の両端電圧（合成電圧Ｖ０）が一旦電源部３１に入力され、電源部３１が各通信部２２へ駆動電力を供給している。そのため、各通信部２２の動作状態、動作条件、部品などによる各蓄電池モジュール２０の消費電力の違いによって蓄電池モジュール２０の電圧にばらつきが生じることを抑止することができる。つまり、蓄電池ユニット１０は、蓄電池モジュール２０のそれぞれの蓄電電力をできる限り均一にすることができる。したがって、充電時において、蓄電池ユニット１０（蓄電池群２１）の充電（蓄電）可能な電力量をできるだけ大きくすることができる。また、放電時にも充電時と同様に、蓄電池ユニット１０（蓄電池群２１）の放電可能な電力量をできるだけ大きくすることができる。よって、蓄電池ユニット１０は、蓄電池モジュール２０を効率的に使用することができる。

　ここで、電源部３１は、入力された蓄電池群２１の両端電圧（合成電圧Ｖ０）を降圧し、降圧した電圧で得られる駆動電力を複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれの通信部２２へ供給することが好ましい。

　この構成によると、蓄電池ユニット１０は、蓄電池モジュール２０の通信部２２に、当該通信部２２が動作するために適切な電力を供給することができる。

　ここで、通信部２２は、複数の回路ブロック（例えば、データ制御部２３、通信制御部２４）から構成されている。電源部３１は、複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれの通信部２２を構成する全ての回路ブロックへ駆動電力の供給を行うことが好ましい。

　この構成によると、蓄電池ユニット１０は、通信部２２全体に駆動電力を供給している。そのため、通信部２２の一部に駆動電力を供給する場合と比べて、蓄電池モジュール２０の電圧にばらつきが生じることをさらに抑止することができる。

　ここで、通信部２２は、複数の回路ブロック（例えば、データ制御部２３、通信制御部２４）から構成されている。複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれは、電圧変換部２５を、さらに有している。電源部３１は、複数の蓄電池モジュール２０のそれぞれの通信部２２を構成する少なくとも１つの回路ブロックへ駆動電力の供給を行う。電圧変換部２５は、蓄電池２１ａの出力電圧を入力とし、出力電圧を降圧し、降圧した電圧で得られる電力を通信部２２のうち駆動電力の供給を受けない残りの回路ブロックへ供給することが好ましい。

　この構成によると、蓄電池ユニット１０は、通信部２２の一部へ駆動電力の供給を行うので、従来のように蓄電池から電力が通信部全体に直接供給される場合に比べて、蓄電池モジュール２０の電圧にばらつきが生じることを抑止することができる。また、通信部２２全体へ駆動電力の供給を行う場合には、蓄電池２１ａの電圧と電源部３１が出力する電圧とで差が生じているため、蓄電池２１ａと通信部２２との間に絶縁体を設ける必要がある。一方、通信部２２の一部に駆動電力を供給する場合には、電圧変換部２５で蓄電池２１ａの出力電圧を降圧しているので、電源部３１の電圧との差分は前者よりも小さい。そのため、前者に比べて絶縁体の設置が容易となる。

　また、本発明の一態様である蓄電システム１は、上記の蓄電池ユニット１０と、蓄電池ユニット１０と通信するパワーコンディショナ５０と、を備える。パワーコンディショナ５０は、蓄電池２１ａの充電および放電の制御を行う。

　この構成によると、蓄電システム１は、蓄電池群２１の両端電圧（合成電圧Ｖ０）が一旦電源部３１に入力され、電源部３１が各通信部２２へ駆動電力を供給している。そのため、各通信部２２の動作状態、動作条件、部品などによる各蓄電池モジュール２０の消費電力の違いによって蓄電池モジュール２０の電圧にばらつきが生じることを抑止することができる。つまり、蓄電システム１は、蓄電池モジュール２０のそれぞれの蓄電電力をできる限り均一にすることができる。したがって、充電時において、蓄電池ユニット１０（蓄電池群２１）の充電（蓄電）可能な電力量をできるだけ大きくすることができる。また、放電時にも充電時と同様に、蓄電池ユニット１０（蓄電池群２１）の放電可能な電力量をできるだけ大きくすることができる。また、パワーコンディショナ５０は、蓄電池モジュール２０の状態（例えば蓄電池２１ａの温度）に応じて蓄電池２１ａの充電および放電の制御を行うことができる。そのため、各蓄電池２１ａの状態（例えば温度）の違いによって蓄電池モジュール２０の電圧にばらつきが生じることを抑止することができる。つまり、蓄電システム１は、蓄電池モジュール２０のそれぞれの蓄電電力をできる限り均一にすることができる。したがって、蓄電システム１は、蓄電池モジュール２０を効率的に使用することができる。

　以上、本発明に係る蓄電池ユニット１０及び蓄電システム１について、上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。実施形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

　　　１　　　蓄電システム
　　　１０　　蓄電池ユニット
　　　２０　　蓄電池モジュール
　　　２１　　蓄電池群
　　　２１ａ　蓄電池
　　　２２　　通信部
　　　２５　　電圧変換部
　　　３１　　電源部

Claims (5)

1. 　複数の蓄電池モジュールと、電源部とを備え、
   　前記複数の蓄電池モジュールのそれぞれは、蓄電池と、前記蓄電池の充電および放電の少なくとも一方に関する情報を送信する通信部とを有し、
   　各蓄電池は電気的に接続されて蓄電池群を構成しており、
   　前記電源部は、前記複数の蓄電池モジュールと電気的に接続されており、前記蓄電池群の両端電圧を入力とし、前記複数の蓄電池モジュールのそれぞれの前記通信部へ駆動電力を供給する
   　ことを特徴とする蓄電池ユニット。
2. 　前記電源部は、入力された前記蓄電池群の前記両端電圧を降圧し、降圧した電圧で得られる前記駆動電力を前記複数の蓄電池モジュールのそれぞれの前記通信部へ供給する
   　ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池ユニット。
3. 　前記通信部は、複数の回路ブロックから構成されており、
   　前記電源部は、前記複数の蓄電池モジュールのそれぞれの前記通信部を構成する全ての回路ブロックへ前記駆動電力の供給を行う
   　ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電池ユニット。
4. 　前記通信部は、複数の回路ブロックから構成されており、
   　前記複数の蓄電池モジュールのそれぞれは、電圧変換部を、さらに有しており、
   　前記電源部は、前記複数の蓄電池モジュールのそれぞれの前記通信部を構成する少なくとも１つの回路ブロックへ前記駆動電力の供給を行い、
   　前記電圧変換部は、前記蓄電池の出力電圧を入力とし、前記出力電圧を降圧し、降圧した電圧で得られる電力を前記通信部のうち前記駆動電力の供給を受けない残りの回路ブロックへ供給する
   　ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電池ユニット。
5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の蓄電池ユニットと、
   　前記蓄電池ユニットと通信するパワーコンディショナと、を備え、
   　前記パワーコンディショナは、前記蓄電池の充電および放電の制御を行う
   　ことを特徴とする蓄電システム。

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