WO2018038024A1 - 蓄電システム - Google Patents

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雄太 黒崎
隆博 神川
阿賀　悦史
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power storage system including a plurality of power storage modules connected in series.
  • a power storage system including a plurality of power storage modules connected in series and a management device that manages these power storage modules is known.
  • a communication unit that communicates with the management device is electrically insulated from the battery cell by an insulating element.
  • the withstand voltage of the insulating element needs to be set to about the voltage across the power storage modules connected in series (also referred to as system voltage). Therefore, when the system voltage is high, a general insulating element cannot be used, and it is necessary to use a special insulating element having a high breakdown voltage.
  • each of a plurality of assembled batteries connected in series has an insulating interface and a controller, and the controller of each assembled battery communicates with an upper assembled battery or a lower assembled battery via the insulating interface.
  • a battery system for performing is disclosed.
  • the lowest-order assembled battery communicates with the integrated controller via the insulation interface.
  • a general insulating element can be used as the insulating interface.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a technique capable of reducing the withstand voltage of an insulating element while suppressing an increase in communication delay.
  • an electricity storage system includes a plurality of electricity storage modules each having at least one cell and connected in series, and a management device that manages the plurality of electricity storage modules.
  • Each of the plurality of power storage modules is a signal based on a predetermined reference voltage between the voltage at one end and the voltage at the other end of the plurality of power storage modules, and communicates a signal including information on at least one cell.
  • a first insulating portion that outputs to the line and is insulated from the primary side and the secondary side is provided.
  • the management device includes a second insulating portion in which a primary side and a secondary side are insulated, and a circuit portion that is insulated from the communication line by the second insulating portion.
  • the breakdown voltage of the insulating element can be reduced while suppressing an increase in communication delay.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a power storage system 10 according to the first embodiment.
  • the power storage system 10 includes a plurality of power storage modules 100 and a management device 200.
  • the storage module 100 includes an assembled battery 102, a voltage detection unit 104, a DC / DC converter 106, a first control unit 108, a first insulating unit 110, a first communication unit 112, a high voltage terminal TH, It has a low voltage terminal TL, a power supply terminal T11, a communication terminal T12, and a reference voltage terminal T13.
  • the assembled battery 102 has a plurality of battery cells C1 connected in series which are rechargeable secondary batteries.
  • the assembled battery 102 may be configured such that a plurality of battery cells C1 connected in parallel with a predetermined parallel number are further connected in series with a predetermined serial number.
  • Examples of the type of the battery cell C1 include a lithium ion battery and a nickel metal hydride battery.
  • the node on the high voltage side of the assembled battery 102 is connected to the high voltage terminal TH.
  • the node on the low voltage side of the assembled battery 102 is connected to the low voltage terminal TL.
  • the voltage of the assembled battery 102 that is, the potential difference between the voltage at the high voltage terminal TH and the voltage at the low voltage terminal TL is also referred to as a module voltage.
  • the module voltage is not particularly limited, but is assumed to be 50V here.
  • the voltage detection unit 104 detects each cell voltage of the battery cell C ⁇ b> 1 of the assembled battery 102 and outputs it to the first control unit 108.
  • the voltage detection unit 104 operates using the potential difference between the voltage at the low voltage terminal TL and the voltage at the high voltage terminal TH as a power supply voltage.
  • the DC / DC converter 106 steps down the voltage of the high voltage terminal TH and supplies the stepped down voltage to the first control unit 108 and the first insulating unit 110.
  • the first control unit 108 controls the operation of the voltage detection unit 104, converts the cell voltage data output from the voltage detection unit 104 into data suitable for the processing of the management device 200, and performs the SOC (State Of Charge).
  • the first control unit 108 outputs a signal including information on the battery cell C ⁇ b> 1 to the first insulating unit 110.
  • the first controller 108 operates using a potential difference between the voltage stepped down by the DC / DC converter 106 and the voltage of the low voltage terminal TL as a power supply voltage.
  • the first control unit 108 is configured by a CPU, a logic circuit, or a combination thereof.
  • the first insulation unit 110 is electrically insulated from the primary side and the secondary side, and transmits signals bidirectionally between the first control unit 108 and the first communication unit 112. That is, the first insulating unit 110 outputs a signal including information on the battery cell C ⁇ b> 1 to the first communication unit 112.
  • the first insulating unit 110 includes at least one insulating element.
  • the insulating element for example, a digital isolator that transmits a signal by magnetically coupling the primary side and the secondary side, or a photodiode on the primary side is used. An optically isolated photocoupler using a phototransistor is used on the next side.
  • the first insulation unit 110 is supplied with the voltage stepped down by the DC / DC converter 106, the voltage at the low voltage terminal TL, the power supply voltage V2 at the power supply terminal T11, and the reference voltage GND2 at the reference voltage terminal T13.
  • the reference voltage GND2 is a predetermined voltage between the high-voltage side voltage Vout at one end of the plurality of power storage modules 100 and the low-voltage side voltage GND1 at the other end. That is, the reference voltage GND2 is higher than the low voltage side voltage GND1 and lower than the high voltage side voltage Vout.
  • the power supply voltage V2 is higher than the reference voltage GND2 by a predetermined voltage.
  • the signal between the first insulating unit 110 and the first control unit 108 sets the voltage stepped down by the DC / DC converter 106 to a high level and sets the voltage at the low voltage terminal TL to a low level.
  • Signals between the first insulating unit 110 and the first communication unit 112 set the power supply voltage V2 to a high level and the reference voltage GND2 to a low level. That is, the signal between the first insulating unit 110 and the first communication unit 112 is a signal based on the reference voltage GND2.
  • the first insulating unit 110 converts the signal level.
  • the first communication unit 112 communicates with a second communication unit 202 of the management device 200 described later.
  • the first communication unit 112 transmits a signal supplied from the first insulating unit 110 to the second communication unit 202 via the communication terminal T12, and transmits a signal transmitted from the second communication unit 202 via the communication terminal T12.
  • the received signal is output to the first insulating unit 110.
  • the first communication unit 112 operates using the potential difference between the reference voltage GND2 and the power supply voltage V2 as a power supply voltage.
  • the signal transmitted between the first communication unit 112 and the second communication unit 202 is also a signal based on the reference voltage GND2, and the power supply voltage V2 is set to the high level and the reference voltage GND2 is set to the low level.
  • the high voltage side voltage Vout and the low voltage side voltage GND1 are supplied to a power conditioner (not shown).
  • the voltage across the plurality of power storage modules 100 that is, the potential difference between the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1 is also referred to as a system voltage. In this embodiment, the system voltage is 1000V.
  • the power supply terminals T11 of the plurality of power storage modules 100 are connected to a power supply terminal T21 of the management device 200, which will be described later, by a power line L1, and the power supply voltage V2 is supplied from the management device 200.
  • Communication terminals T12 of the plurality of power storage modules 100 are connected to a communication terminal T22 of a management device 200 described later via a communication line L2.
  • Reference voltage terminals T13 of the plurality of power storage modules 100 are connected to a reference voltage terminal T23 of the management device 200 described later via a power line L3, and also to a predetermined node n1 between two adjacent power storage modules 100.
  • the reference voltage GND2 is supplied from the node n1.
  • the reference voltage GND2 is a midpoint voltage between the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1.
  • the midpoint voltage of the high voltage side voltage Vout and the low voltage side voltage GND1 is 1 ⁇ 2 of the sum of the high voltage side voltage Vout and the low voltage side voltage GND1. For example, when the high-voltage side voltage Vout is 1000 V and the low-voltage side voltage GND1 is 0 V, the reference voltage GND2 is 500 V.
  • Management device 200 manages a plurality of power storage modules 100.
  • the management device 200 includes a second communication unit 202, a second insulating unit 204, a second control unit (circuit unit) 206, an inverter (power circuit) 208, a power terminal T21, a communication terminal T22, and a reference voltage. And a terminal T23.
  • the second communication unit 202 receives a signal transmitted from the first communication unit 112 of each power storage module 100 via the communication terminal T22 and outputs the received signal to the second insulating unit 204. Moreover, the 2nd communication part 202 transmits the signal supplied from the 2nd insulation part 204 to the 1st communication part 112 of each electrical storage module 100 via communication terminal T22.
  • the second communication unit 202 operates using a potential difference between the reference voltage GND2 of the reference voltage terminal T23 and the power supply voltage V2 of the power supply terminal T21 as a power supply voltage.
  • the second insulating unit 204 is electrically insulated from the primary side and the secondary side, insulates between the second communication unit 202 and the second control unit 206, and the second communication unit 202 and the second control unit 206. Signals are transmitted in both directions. That is, the signal of the communication line L ⁇ b> 2 is input to the second insulating unit 204 via the second communication unit 202.
  • the second insulating unit 204 includes at least one insulating element. As the insulating element, for example, a digital isolator or an optically isolated photocoupler is used as in the first insulating unit 110.
  • the power supply voltage V2, the reference voltage GND2, the power supply voltage V3, and the reference voltage GND3 are supplied to the second insulating unit 204.
  • the reference voltage GND3 and the power supply voltage V3 are supplied from a power supply circuit (not shown). Signals between the second communication unit 202 and the second insulating unit 204 set the power supply voltage V2 to a high level and the reference voltage GND2 to a low level. Signals between the second insulating unit 204 and the second control unit 206 set the power supply voltage V3 to a high level and the reference voltage GND3 to a low level. As described above, the second insulating unit 204 also performs signal level conversion.
  • the second control unit 206 is insulated from the communication line L2 by the second insulating unit 204 as described above.
  • the second control unit 206 transmits a signal for controlling the plurality of power storage modules 100 via the second communication unit 202 and the second insulating unit 204, and is transmitted from the first control unit 108 of the plurality of power storage modules 100.
  • the second control unit 206 outputs a signal related to the state of each power storage module 100 to an external control device (not shown) based on the received data.
  • the external control device controls the power conditioners connected to both ends of the plurality of power storage modules 100 based on the signal output from the second control unit 206. Thereby, charging / discharging of the some electrical storage module 100 is controlled.
  • the second control unit 206 is configured by a CPU, a logic circuit, or a combination thereof.
  • the second control unit 206 operates using the potential difference between the reference voltage GND3 and the power supply voltage V3 as the power supply
  • the inverter 208 is an insulation type inverter, converts AC power of the external AC power supply 12 into DC power, and supplies driving power to the first insulating unit 110 and the second insulating unit 204.
  • the inverter 208 supplies the power supply voltage V2 with reference to the reference voltage GND2 to the second communication unit 202 and the second insulation unit 204, and to the first communication unit 112 and the first insulation unit 110 via the power supply terminal T21. Supply. That is, signal transmission between the plurality of power storage modules 100 and the management device 200 is performed by supplying power from the inverter 208 in the management device 200. Since the management apparatus 200 includes the inverter 208, the power supply voltage V2 can be appropriately supplied.
  • the power supply voltage V2 and the reference voltage GND2 are electrically insulated from the power supply voltage V3 and the reference voltage GND3.
  • the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1 are also electrically insulated from the power supply voltage V3 and the reference voltage GND3. Since the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1 are insulated from the reference voltage GND3, the reference voltage GND3 is set to 0 V, and the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1 are negative depending on the characteristics of the connected power conditioner. It can vary from voltage to positive voltage.
  • the reference voltage GND3 is set to 0 V, and the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1 can vary from a negative voltage to a positive voltage. Therefore, the power supply voltage V2 and the reference voltage GND2 can also vary. Therefore, the withstand voltage of the second insulating unit 204 is about the larger value of either the absolute value of the power supply voltage V2 or the absolute value of the reference voltage GND2.
  • a general insulating element can be used as the first insulating unit 110.
  • the reference voltage GND2 is a midpoint voltage, the withstand voltage of the first insulating unit 110 can be brought close to the minimum.
  • the first control unit 108 of each power storage module 100 communicates with the second control unit 206 of the management apparatus 200 via the first insulating unit 110 and the second insulating unit 204, and the first insulation of each power storage module 100.
  • the unit 110 is not stacked in multiple stages. Therefore, it is possible to acquire information such as the cell voltage in a shorter communication cycle as compared with the existing battery system in which the controller of each assembled battery communicates with the upper assembled battery or the lower assembled battery via the insulation interface. Therefore, compared with the existing battery system, when the cell voltage is measured a plurality of times, it can be measured in a short period of time, and variations in the measurement time of each cell voltage can be reduced.
  • the breakdown voltage of the first insulating unit 110 can be reduced while suppressing an increase in communication delay.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the reference voltage GND2 is generated by a voltage dividing circuit. Below, it demonstrates centering around difference with 1st Embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a power storage system 10A according to the second embodiment.
  • the management device 200A further includes a voltage dividing circuit 210, a voltage detection unit 212, a terminal T24, and a terminal T25 in addition to the configuration of FIG.
  • the voltage dividing circuit 210 divides the voltages across the plurality of power storage modules 100 and outputs the reference voltage GND2.
  • the value of the resistor R1 is set to be substantially equal to the value of the resistor R2. Therefore, as in the first embodiment, the reference voltage GND2 is a midpoint voltage between the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1.
  • the voltage detector 212 detects the voltage across the plurality of power storage modules 100.
  • the detected both-end voltage is supplied to the second control unit 206 through an insulating unit (not shown).
  • the second control unit 206 controls the power conditioner based on the detected both-end voltage.
  • the voltage across the plurality of power storage modules 100 can be calculated based on each cell voltage detected by the plurality of power storage modules 100.
  • the second embodiment it is possible to detect the both-end voltage in a shorter time than in the first embodiment. Thereby, control of a power conditioner can be performed more rapidly.
  • the voltage dividing circuit 210 generates the reference voltage GND2 based on the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1 supplied to the voltage detection unit 212 of the management device 200A. There is no need to connect power lines to nodes between the power storage modules 100.
  • the voltage dividing circuit 210 can easily set the reference voltage GND2 to an arbitrary value.
  • the reference voltage GND2 only needs to be a voltage between the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1, and as long as the withstand voltage of the first insulating unit 110 becomes a desired value, the midpoint between the high-voltage side voltage Vout and the low-voltage side voltage GND1. It may be higher or lower than the voltage.
  • the withstand voltage of the second insulating unit 204 is about the larger of the absolute value of the power supply voltage V2 and the absolute value of the reference voltage GND2, so the reference voltage GND2 is set according to the characteristics of the power conditioner. By setting other than the midpoint voltage, the withstand voltage of the second insulating unit 204 may be reduced. The same applies to the second embodiment, and the value of the resistor R1 may be different from the value of the resistor R2.
  • the battery cell C1 may be a capacitor (capacitor) such as an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor.
  • a plurality of power storage modules (100) each having at least one cell (C1) and connected in series; A management device (200, 200A) for managing the plurality of power storage modules (100),
  • the plurality of power storage modules (100) are each based on a predetermined reference voltage (GND2) between a voltage (Vout) at one end and a voltage (GND1) at the other end of the plurality of power storage modules (100).
  • the management device (200, 200A) includes a second insulating portion (204) in which a primary side and a secondary side are insulated, and a circuit portion (insulated from the communication line (L2) by the second insulating portion (204)). 206), and a power storage system (10, 10A). According to this, it is possible to reduce the withstand voltage of the first insulating portion (110) while suppressing an increase in communication delay.
  • the management device (200A) includes a voltage dividing circuit (210) that divides voltages across the plurality of power storage modules (100) and outputs the reference voltage (GND2). Power storage system (10A). According to this, the reference voltage (GND2) can be easily set to an arbitrary value.
  • the reference voltage (GND2) is a midpoint voltage between the voltage (Vout) at one end and the voltage (GND1) at the other end of the plurality of power storage modules (100).
  • the management device (200, 200A) includes a power supply circuit (208) that supplies driving power to the first insulating unit (110) and the second insulating unit (204). 5.
  • the signal transmission between the plurality of power storage modules (100) and the management device (200, 200A) is performed by supplying power from the power supply circuit (208). Power storage system (10, 10A). According to this, the power supply voltage (V2) can be appropriately supplied.

Abstract

蓄電システム（１０）において、複数の蓄電モジュール（１００）は、少なくとも１つのセル（Ｃ１）をそれぞれ有し、直列接続されている。管理装置（２００）は、複数の蓄電モジュール（１００）を管理する。複数の蓄電モジュール（１００）は、それぞれ、複数の蓄電モジュール（１００）の一端の電圧（Ｖｏｕｔ）と他端の電圧（ＧＮＤ１）の間の予め定められた基準電圧（ＧＮＤ２）を基準とする信号であって、少なくとも１つのセル（Ｃ１）の情報を含む信号を通信線（Ｌ２）に出力し、一次側と二次側が絶縁された第１絶縁部（１１０）を有する。管理装置（２００）は、一次側と二次側が絶縁された第２絶縁部（２０４）と、第２絶縁部（２０４）により通信線（Ｌ２）と絶縁される回路部（２０６）とを有する。

Description

蓄電システム
　本発明は、直列接続された複数の蓄電モジュールを備える蓄電システムに関する。
　直列接続された複数の蓄電モジュールと、これらの蓄電モジュールを管理する管理装置とを備える蓄電システムが知られている。各蓄電モジュールにおいて、管理装置と通信する通信部は、絶縁素子によって電池セルから電気的に絶縁されている。絶縁素子の耐圧は、直列接続された蓄電モジュールの両端電圧（システム電圧とも称す）程度に設定する必要がある。そのため、システム電圧が高い場合には、一般的な絶縁素子を利用できず、高耐圧の特別な絶縁素子を用いる必要がある。
　特許文献１には、直列接続された複数の組電池のそれぞれが絶縁インターフェースとコントローラとを有し、各組電池のコントローラは、絶縁インターフェースを介して上位の組電池または下位の組電池との通信を行う電池システムが開示されている。最下位の組電池は、絶縁インターフェースを介して統合コントローラと通信を行う。この構成では、それぞれの絶縁インターフェースの耐圧は各組電池の電圧程度でよいため、絶縁インターフェースとして一般的な絶縁素子を利用できる。
特開２０１１－２５９５４５号公報
　特許文献１に記載の電池システムでは、複数の絶縁インターフェースを介して通信が行われるため、通信遅延が増加する。よって、通信周期が長くなる。
　本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、通信遅延の増加を抑制した上で、絶縁素子の耐圧を低減させることができる技術を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、少なくとも１つのセルをそれぞれ有し、直列接続された複数の蓄電モジュールと、複数の蓄電モジュールを管理する管理装置と、を備える。複数の蓄電モジュールは、それぞれ、複数の蓄電モジュールの一端の電圧と他端の電圧の間の予め定められた基準電圧を基準とする信号であって、少なくとも１つのセルの情報を含む信号を通信線に出力する、一次側と二次側が絶縁された第１絶縁部を有する。管理装置は、一次側と二次側が絶縁された第２絶縁部と、前記第２絶縁部により前記通信線と絶縁される回路部とを有する。
　本発明によれば、通信遅延の増加を抑制した上で、絶縁素子の耐圧を低減させることができる。
第１の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る蓄電システム１０の構成を示すブロック図である。蓄電システム１０は、複数の蓄電モジュール１００と、管理装置２００とを備える。
　複数の蓄電モジュール１００は、直列接続されている。本実施形態では、２０台の蓄電モジュール１００が直列接続されている一例について説明するが、蓄電モジュール１００の数は限定されない。最も低電圧側の最下位の蓄電モジュール１００から最も高電圧側の最上位の蓄電モジュール１００に向かって、Ｎ＝１の蓄電モジュール１００、・・・、Ｎ＝２０の蓄電モジュール１００とも称す。
　複数の蓄電モジュール１００は、それぞれ同一の構成を有しているため、以下ではＮ＝２０の蓄電モジュール１００について説明する。蓄電モジュール１００は、組電池１０２と、電圧検出部１０４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６と、第１制御部１０８と、第１絶縁部１１０と、第１通信部１１２と、高電圧端子ＴＨと、低電圧端子ＴＬと、電源端子Ｔ１１と、通信端子Ｔ１２と、基準電圧端子Ｔ１３と、を有する。
　組電池１０２は、充放電可能な二次電池である直列接続された複数の電池セルＣ１を有する。組電池１０２は、複数の電池セルＣ１を所定の並列数で並列接続したものをさらに所定の直列数で直列接続して構成されてもよい。電池セルＣ１の種類としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等が挙げられる。
　組電池１０２の高圧側のノードは、高電圧端子ＴＨに接続されている。組電池１０２の低圧側のノードは、低電圧端子ＴＬに接続されている。組電池１０２の電圧、即ち高電圧端子ＴＨの電圧と低電圧端子ＴＬの電圧との電位差は、モジュール電圧とも称される。モジュール電圧は、特に限定されないが、ここでは５０Ｖであると仮定する。
　電圧検出部１０４は、組電池１０２の電池セルＣ１の各セル電圧を検出し、第１制御部１０８に出力する。電圧検出部１０４は、低電圧端子ＴＬの電圧と高電圧端子ＴＨの電圧との電位差を電源電圧として動作する。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は、高電圧端子ＴＨの電圧を降圧して、降圧された電圧を第１制御部１０８と第１絶縁部１１０に供給する。
　第１制御部１０８は、電圧検出部１０４の動作を制御し、電圧検出部１０４から出力されるセル電圧のデータを管理装置２００の処理に適したデータに変換し、組電池１０２のＳＯＣ（State Of Charge）を求める。第１制御部１０８は、電池セルＣ１の情報を含む信号を第１絶縁部１１０に出力する。第１制御部１０８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６で降圧された電圧と、低電圧端子ＴＬの電圧との電位差を電源電圧として動作する。第１制御部１０８は、ＣＰＵもしくはロジック回路、またはそれらの組み合わせで構成される。
　第１絶縁部１１０は、一次側と二次側が電気的に絶縁されており、第１制御部１０８と第１通信部１１２との間で信号を双方向に伝送する。つまり第１絶縁部１１０は、電池セルＣ１の情報を含む信号を第１通信部１１２に出力する。第１絶縁部１１０は、少なくとも１つの絶縁素子を含み、絶縁素子としては、例えば、一次側と二次側が磁気結合して信号を伝送するデジタルアイソレータ、または、一次側にフォトダイオードを用い、二次側にフォトトランジスタを用いた光絶縁型のフォトカプラが用いられる。
　第１絶縁部１１０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６で降圧された電圧と、低電圧端子ＴＬの電圧と、電源端子Ｔ１１の電源電圧Ｖ２と、基準電圧端子Ｔ１３の基準電圧ＧＮＤ２とが供給される。基準電圧ＧＮＤ２は、複数の蓄電モジュール１００の一端の高圧側電圧Ｖｏｕｔと他端の低圧側電圧ＧＮＤ１の間の予め定められた電圧である。即ち基準電圧ＧＮＤ２は、低圧側電圧ＧＮＤ１より高く、高圧側電圧Ｖｏｕｔより低い。電源電圧Ｖ２は、基準電圧ＧＮＤ２より予め定められた電圧だけ高い。第１絶縁部１１０と第１制御部１０８との間の信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６で降圧された電圧をハイレベルとし、低電圧端子ＴＬの電圧をローレベルとする。第１絶縁部１１０と第１通信部１１２との間の信号は、電源電圧Ｖ２をハイレベルとし、基準電圧ＧＮＤ２をローレベルとする。つまり、第１絶縁部１１０と第１通信部１１２との間の信号は、基準電圧ＧＮＤ２を基準とする信号である。このように、第１絶縁部１１０は信号レベルの変換を行う。
　第１通信部１１２は、後述する管理装置２００の第２通信部２０２と通信を行う。第１通信部１１２は、第１絶縁部１１０から供給される信号を通信端子Ｔ１２を介して第２通信部２０２に送信し、第２通信部２０２から送信される信号を通信端子Ｔ１２を介して受信し、受信した信号を第１絶縁部１１０に出力する。
　第１通信部１１２は、基準電圧ＧＮＤ２と電源電圧Ｖ２との電位差を電源電圧として動作する。第１通信部１１２と第２通信部２０２との間で伝送される信号も、基準電圧ＧＮＤ２を基準とする信号であり、電源電圧Ｖ２をハイレベルとし、基準電圧ＧＮＤ２をローレベルとする。
　Ｎ＝１からＮ＝１９の各蓄電モジュール１００の高電圧端子ＴＨは、１つ上位の蓄電モジュール１００の低電圧端子ＴＬに接続されている。これにより、複数の組電池１０２が直列接続されている。Ｎ＝２０の蓄電モジュール１００の高電圧端子ＴＨは、複数の蓄電モジュール１００の一端であり、その電圧は高圧側電圧Ｖｏｕｔである。Ｎ＝１の蓄電モジュール１００の低電圧端子ＴＬは、複数の蓄電モジュール１００の他端であり、その電圧は、低圧側電圧ＧＮＤ１である。高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１は、図示しないパワーコンディショナに供給される。複数の蓄電モジュール１００の両端電圧、即ち高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１の電位差は、システム電圧とも称される。本実施形態では、システム電圧は１０００Ｖである。
　複数の蓄電モジュール１００の電源端子Ｔ１１は、後述する管理装置２００の電源端子Ｔ２１に電力線Ｌ１で接続されており、管理装置２００から電源電圧Ｖ２が供給される。複数の蓄電モジュール１００の通信端子Ｔ１２は、後述する管理装置２００の通信端子Ｔ２２に通信線Ｌ２で接続されている。複数の蓄電モジュール１００の基準電圧端子Ｔ１３は、後述する管理装置２００の基準電圧端子Ｔ２３に電力線Ｌ３で接続されていると共に、予め定められた隣接する２つの蓄電モジュール１００の間のノードｎ１にも接続されており、ノードｎ１から基準電圧ＧＮＤ２が供給される。予め定められた隣接する２つの蓄電モジュール１００は、ここでは、Ｎ＝１０の蓄電モジュール１００と、Ｎ＝１１の蓄電モジュール１００である。従って、基準電圧ＧＮＤ２は、高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１の中点電圧である。高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１の中点電圧とは、高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１の和の１／２である。例えば、高圧側電圧Ｖｏｕｔが１０００Ｖ、低圧側電圧ＧＮＤ１が０Ｖである場合、基準電圧ＧＮＤ２は５００Ｖである。
　管理装置２００は、複数の蓄電モジュール１００を管理する。管理装置２００は、第２通信部２０２と、第２絶縁部２０４と、第２制御部（回路部）２０６と、インバータ（電源回路）２０８と、電源端子Ｔ２１と、通信端子Ｔ２２と、基準電圧端子Ｔ２３と、を有する。
　第２通信部２０２は、各蓄電モジュール１００の第１通信部１１２から送信される信号を通信端子Ｔ２２を介して受信し、受信した信号を第２絶縁部２０４に出力する。また、第２通信部２０２は、第２絶縁部２０４から供給される信号を通信端子Ｔ２２を介して各蓄電モジュール１００の第１通信部１１２に送信する。第２通信部２０２は、基準電圧端子Ｔ２３の基準電圧ＧＮＤ２と電源端子Ｔ２１の電源電圧Ｖ２との電位差を電源電圧として動作する。
　第２絶縁部２０４は、一次側と二次側が電気的に絶縁されており、第２通信部２０２と第２制御部２０６との間を絶縁し、第２通信部２０２と第２制御部２０６との間で信号を双方向に伝送する。つまり第２絶縁部２０４には、第２通信部２０２を介して通信線Ｌ２の信号が入力される。第２絶縁部２０４は、少なくとも１つの絶縁素子を含み、絶縁素子としては、例えば、第１絶縁部１１０と同様にデジタルアイソレータまたは光絶縁型のフォトカプラが用いられる。
　第２絶縁部２０４には、電源電圧Ｖ２と、基準電圧ＧＮＤ２と、電源電圧Ｖ３と、基準電圧ＧＮＤ３とが供給される。基準電圧ＧＮＤ３と電源電圧Ｖ３は、図示しない電源回路から供給される。第２通信部２０２と第２絶縁部２０４との間の信号は、電源電圧Ｖ２をハイレベルとし、基準電圧ＧＮＤ２をローレベルとする。第２絶縁部２０４と第２制御部２０６との間の信号は、電源電圧Ｖ３をハイレベルとし、基準電圧ＧＮＤ３をローレベルとする。このように、第２絶縁部２０４も信号レベルの変換を行う。
　第２制御部２０６は、前述のように第２絶縁部２０４により通信線Ｌ２と絶縁される。第２制御部２０６は、第２通信部２０２および第２絶縁部２０４を介して、複数の蓄電モジュール１００を制御するための信号を送信し、複数の蓄電モジュール１００の第１制御部１０８から送信されるセル電圧やＳＯＣなどに関するデータを受信する。第２制御部２０６は、受信したデータに基づいて、各蓄電モジュール１００の状態に関する信号を、図示しない外部の制御装置に出力する。外部の制御装置は、第２制御部２０６から出力された信号に基づいて、複数の蓄電モジュール１００の両端に接続されたパワーコンディショナを制御する。これにより、複数の蓄電モジュール１００の充放電が制御される。第２制御部２０６は、ＣＰＵもしくはロジック回路、またはそれらの組み合わせで構成される。第２制御部２０６は、基準電圧ＧＮＤ３と電源電圧Ｖ３との電位差を電源電圧として動作する。
　インバータ２０８は、絶縁型のインバータであり、外部の交流電源１２の交流電力を直流電力に変換し、第１絶縁部１１０と第２絶縁部２０４に駆動電力を供給する。インバータ２０８は、基準電圧ＧＮＤ２を基準とした電源電圧Ｖ２を、第２通信部２０２と第２絶縁部２０４に供給すると共に、電源端子Ｔ２１を介して第１通信部１１２と第１絶縁部１１０に供給する。つまり、複数の蓄電モジュール１００と管理装置２００との間の信号伝送は、管理装置２００内部のインバータ２０８の電力供給で行われる。管理装置２００がインバータ２０８を有することで、電源電圧Ｖ２を適切に供給できる。
　電源電圧Ｖ２および基準電圧ＧＮＤ２は、電源電圧Ｖ３および基準電圧ＧＮＤ３から電気的に絶縁されている。高圧側電圧Ｖｏｕｔおよび低圧側電圧ＧＮＤ１も、電源電圧Ｖ３および基準電圧ＧＮＤ３から電気的に絶縁されている。高圧側電圧Ｖｏｕｔおよび低圧側電圧ＧＮＤ１が基準電圧ＧＮＤ３から絶縁されているため、基準電圧ＧＮＤ３を０Ｖとして、高圧側電圧Ｖｏｕｔおよび低圧側電圧ＧＮＤ１は、接続されるパワーコンディショナの特性に応じて負電圧から正電圧で変動しうる。
　次に、各蓄電モジュール１００の第１絶縁部１１０の耐圧について説明する。例えば、Ｎ＝２０の蓄電モジュール１００の第１絶縁部１１０には、最大で基準電圧ＧＮＤ２とＤＣ／ＤＣコンバータ１０６で降圧された電圧との差程度の電圧が印加される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６で降圧された電圧を９５５Ｖと仮定すると、第１絶縁部１１０には概ね４５５Ｖが印加される。従って、この第１絶縁部１１０は、概ね４５５Ｖ以上の耐圧を有する必要がある。
　Ｎ＝１の蓄電モジュール１００の第１絶縁部１１０には、最大で低圧側電圧ＧＮＤ１と電源電圧Ｖ２との差程度の電圧が印加される。電源電圧Ｖ２を５１０Ｖと仮定すると、第１絶縁部１１０には概ね５１０Ｖが印加される。従って、この第１絶縁部１１０は、概ね５１０Ｖ以上の耐圧を有する必要がある。他の蓄電モジュール１００の第１絶縁部１１０に印加される電圧は、Ｎ＝１の蓄電モジュール１００の第１絶縁部１１０に印加される電圧より低い。そのため、他の蓄電モジュール１００の第１絶縁部１１０の耐圧はこの値より低くてもよい。
　なお、前述のように、基準電圧ＧＮＤ３を０Ｖとして、高圧側電圧Ｖｏｕｔおよび低圧側電圧ＧＮＤ１は負電圧から正電圧で変動しうるため、電源電圧Ｖ２および基準電圧ＧＮＤ２も変動しうる。そのため、第２絶縁部２０４の耐圧は、電源電圧Ｖ２の絶対値と基準電圧ＧＮＤ２の絶対値のいずれか大きい値程度となる。
　以上で説明したように、本実施形態によれば、各蓄電モジュール１００の第１絶縁部１１０は、高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１の中点電圧である基準電圧ＧＮＤ２を基準とする信号を、第１通信部１１２を介して通信線Ｌ２に出力する。そのため、それぞれの第１絶縁部１１０の耐圧は、概ね高圧側電圧Ｖｏｕｔと基準電圧ＧＮＤ２との差、即ち低圧側電圧ＧＮＤ１と基準電圧ＧＮＤ２との差であるシステム電圧の１／２（＝５００Ｖ）程度でよい。よって、第１絶縁部１１０の耐圧をシステム電圧（＝１０００Ｖ）よりも低減させることができるので、第１絶縁部１１０として一般的な絶縁素子を利用できる。また、基準電圧ＧＮＤ２は中点電圧であるため、第１絶縁部１１０の耐圧を最小に近づけることができる。
　また、各蓄電モジュール１００の第１制御部１０８は、第１絶縁部１１０と第２絶縁部２０４とを介して管理装置２００の第２制御部２０６と通信し、各蓄電モジュール１００の第１絶縁部１１０を複数段重ねて介することがないため、通信遅延を増加させる恐れがない。そのため、各組電池のコントローラが絶縁インターフェースを介して上位の組電池または下位の組電池との通信を行う既存の電池システムと比較して、より短い通信周期でセル電圧等の情報を取得できる。よって、既存の電池システムと比較して、セル電圧を複数回計測する場合、短期間で計測でき、各セル電圧の計測時刻のばらつきを少なくできる。
　従って、通信遅延の増加を抑制した上で、第１絶縁部１１０の耐圧を低減させることができる。
（第２の実施形態）
　第２の実施形態では、基準電圧ＧＮＤ２を分圧回路で生成する点において、第１の実施形態と異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
　図２は、第２の実施形態に係る蓄電システム１０Ａの構成を示すブロック図である。図２に示すように、蓄電システム１０Ａでは、Ｎ＝１０の蓄電モジュール１００とＮ＝１１の蓄電モジュール１００の間のノードは、基準電圧端子Ｔ１３に接続されていない。また、管理装置２００Ａは、図１の構成に加え、分圧回路２１０と、電圧検出部２１２と、端子Ｔ２４と、端子Ｔ２５とをさらに有する。
　分圧回路２１０は、複数の蓄電モジュール１００の両端電圧を分圧して、基準電圧ＧＮＤ２を出力する。分圧回路２１０は、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とを有する。抵抗Ｒ１の一端は、端子Ｔ２４を介してＮ＝２０の蓄電モジュール１００の高電圧端子ＴＨに接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２の一端および基準電圧端子Ｔ２３に接続され、基準電圧ＧＮＤ２を出力する。抵抗Ｒ２の他端は、端子Ｔ２５を介してＮ＝１の蓄電モジュール１００の低電圧端子ＴＬに接続されている。
　抵抗Ｒ１の値は、抵抗Ｒ２の値と実質的に等しく設定されている。よって、第１の実施形態と同様に、基準電圧ＧＮＤ２は、高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１の中点電圧である。
　電圧検出部２１２は、複数の蓄電モジュール１００の両端電圧を検出する。検出された両端電圧は、図示を省略した絶縁部を介して、第２制御部２０６に供給される。第２制御部２０６は、検出された両端電圧に基づいて、パワーコンディショナを制御する。
　ここで、第１の実施形態では、例えば、複数の蓄電モジュール１００で検出された各セル電圧に基づいて複数の蓄電モジュール１００の両端電圧を算出することができる。これに対して、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と比較して、より短時間で両端電圧を検出できる。これにより、パワーコンディショナの制御をより迅速に行うことができる。
　また、本実施形態によれば、管理装置２００Ａの電圧検出部２１２に供給される高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１に基づいて分圧回路２１０が基準電圧ＧＮＤ２を生成するので、隣接する２つの蓄電モジュール１００の間のノードに電力線を接続する必要がない。また、分圧回路２１０により、基準電圧ＧＮＤ２を任意の値に容易に設定できる。
　以上、本発明を実施形態をもとに説明した。これら実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合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。
　例えば、第１の実施形態では、基準電圧ＧＮＤ２は、Ｎ＝１０の蓄電モジュール１００とＮ＝１１の蓄電モジュール１００の間のノードｎ１の電圧、即ち高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１の中点電圧である一例について説明したが、これに限らない。基準電圧ＧＮＤ２は、高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１の間の電圧であればよく、第１絶縁部１１０の耐圧が所望の値になる限り、高圧側電圧Ｖｏｕｔと低圧側電圧ＧＮＤ１の中点電圧より高くてもよいし、低くてもよい。また前述のように、第２絶縁部２０４の耐圧は、電源電圧Ｖ２の絶対値と基準電圧ＧＮＤ２の絶対値のいずれか大きい値程度となるため、パワーコンディショナの特性に応じて基準電圧ＧＮＤ２を中点電圧以外に設定することにより、第２絶縁部２０４の耐圧を低減できる場合がある。これらのことは、第２の実施形態でも同様であり、抵抗Ｒ１の値は抵抗Ｒ２の値と異なっていてもよい。
　また、電池セルＣ１は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ（コンデンサ）であってもよい。
　なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
［項目１］
　少なくとも１つのセル（Ｃ１）をそれぞれ有し、直列接続された複数の蓄電モジュール（１００）と、
　前記複数の蓄電モジュール（１００）を管理する管理装置（２００，２００Ａ）と、を備え、
　前記複数の蓄電モジュール（１００）は、それぞれ、前記複数の蓄電モジュール（１００）の一端の電圧（Ｖｏｕｔ）と他端の電圧（ＧＮＤ１）の間の予め定められた基準電圧（ＧＮＤ２）を基準とする信号であって、前記少なくとも１つのセル（Ｃ１）の情報を含む信号を通信線（Ｌ２）に出力する、一次側と二次側が絶縁された第１絶縁部（１１０）を有し、
　前記管理装置（２００，２００Ａ）は、一次側と二次側が絶縁された第２絶縁部（２０４）と、前記第２絶縁部（２０４）により前記通信線（Ｌ２）と絶縁される回路部（２０６）とを有することを特徴とする蓄電システム（１０，１０Ａ）。
　これによれば、通信遅延の増加を抑制した上で、第１絶縁部（１１０）の耐圧を低減させることができる。
［項目２］
　前記基準電圧（ＧＮＤ２）は、予め定められた隣接する２つの蓄電モジュール（１００）の間のノード（ｎ１）の電圧であることを特徴とする項目１に記載の蓄電システム（１０）。
　これによれば、基準電圧（ＧＮＤ２）を簡単な構成で取得できる。
［項目３］
　前記管理装置（２００Ａ）は、前記複数の蓄電モジュール（１００）の両端電圧を分圧して、前記基準電圧（ＧＮＤ２）を出力する分圧回路（２１０）を備えることを特徴とする項目１に記載の蓄電システム（１０Ａ）。
　これによれば、基準電圧（ＧＮＤ２）を任意の値に容易に設定できる。
［項目４］
　前記基準電圧（ＧＮＤ２）は、前記複数の蓄電モジュール（１００）の一端の電圧（Ｖｏｕｔ）と他端の電圧（ＧＮＤ１）の中点電圧であることを特徴とする項目１から３のいずれかに記載の蓄電システム（１０，１０Ａ）。
　これによれば、第１絶縁部（１１０）の耐圧を最小に近づけることができる。
［項目５］
　前記管理装置（２００，２００Ａ）は、前記第１絶縁部（１１０）と前記第２絶縁部（２０４）に駆動電力を供給する電源回路（２０８）を有し、
　前記複数の蓄電モジュール（１００）と前記管理装置（２００，２００Ａ）の間の信号伝送は、前記電源回路（２０８）の電力供給で行われることを特徴とする項目１から４のいずれかに記載の蓄電システム（１０，１０Ａ）。
　これによれば、電源電圧（Ｖ２）を適切に供給できる。
１０，１０Ａ…蓄電システム、１００…蓄電モジュール、Ｃ１…電池セル、１０２…組電池、１０８…第１制御部、１１０…第１絶縁部、１１２…第１通信部、２００，２００Ａ…管理装置、２０２…第２通信部、２０４…第２絶縁部、２０６…第２制御部、２０８…インバータ（電源回路）、２１０…分圧回路、Ｌ２…通信線。

Claims (5)

  1. 　少なくとも１つのセルをそれぞれ有し、直列接続された複数の蓄電モジュールと、
    　前記複数の蓄電モジュールを管理する管理装置と、を備え、
    　前記複数の蓄電モジュールは、それぞれ、前記複数の蓄電モジュールの一端の電圧と他端の電圧の間の予め定められた基準電圧を基準とする信号であって、前記少なくとも１つのセルの情報を含む信号を通信線に出力する、一次側と二次側が絶縁された第１絶縁部を有し、
    　前記管理装置は、一次側と二次側が絶縁された第２絶縁部と、前記第２絶縁部により前記通信線と絶縁される回路部とを有することを特徴とする蓄電システム。
  2. 　前記基準電圧は、予め定められた隣接する２つの蓄電モジュールの間のノードの電圧であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
  3. 　前記管理装置は、前記複数の蓄電モジュールの両端電圧を分圧して、前記基準電圧を出力する分圧回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
  4. 　前記基準電圧は、前記複数の蓄電モジュールの一端の電圧と他端の電圧の中点電圧であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄電システム。
  5. 　前記管理装置は、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部に駆動電力を供給する電源回路を有し、
    　前記複数の蓄電モジュールと前記管理装置の間の信号伝送は、前記電源回路の電力供給で行われることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蓄電システム。
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