特開2015-220873(P2015-220873A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-220873(P2015-220873A)
(43)【公開日】2015年12月7日
(54)【発明の名称】蓄電装置
(51)【国際特許分類】
   H02J 9/06 20060101AFI20151110BHJP
   H02J 3/32 20060101ALI20151110BHJP
   H02M 7/48 20070101ALI20151110BHJP
   H02M 3/00 20060101ALI20151110BHJP
【FI】
   H02J9/06 504A
   H02J3/32
   H02M7/48 N
   H02M3/00 U
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2014-102935(P2014-102935)
(22)【出願日】2014年5月19日
(71)【出願人】
【識別番号】000005810
【氏名又は名称】日立マクセル株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000138543
【氏名又は名称】株式会社ユタカ電機製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100104444
【弁理士】
【氏名又は名称】上羽 秀敏
(74)【代理人】
【識別番号】100112715
【弁理士】
【氏名又は名称】松山 隆夫
(74)【代理人】
【識別番号】100125704
【弁理士】
【氏名又は名称】坂根 剛
(74)【代理人】
【識別番号】100132506
【弁理士】
【氏名又は名称】山内 哲文
(72)【発明者】
【氏名】小野澤 誠
(72)【発明者】
【氏名】宮本 真
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 均
(72)【発明者】
【氏名】荻野 直晃
(72)【発明者】
【氏名】上野 真吾
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 義浩
【テーマコード(参考)】
5G015
5G066
5H007
5H730
【Fターム(参考)】
5G015GA07
5G015HA02
5G015JA21
5G015JA53
5G015JA55
5G066JA01
5G066JA07
5G066JB03
5H007AA06
5H007BB01
5H007BB05
5H007CB05
5H007CC12
5H007DB01
5H730AS08
5H730AS21
(57)【要約】
【課題】外部からの電力を用いて蓄電池を効率的に駆動させる。
【解決手段】蓄電装置1は、外部からの交流電力を入力するための交流入力端子2と、蓄電池4と、交流入力端子2から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電池4へ出力するとともに、蓄電池4から出力された直流電力を交流電力に変換する変換部3と、変換部3によって変換された交流電力を出力するための交流出力端子9と、蓄電池4の状態を示す情報を取得し、蓄電池4の充放電を制御する電池管理部16と、交流入力端子2から入力された交流電力を変換して、変換部3へ電力を供給する第1電力供給部5aと、交流入力端子2から入力された交流電力を変換して、電池管理部16へ供給する第2電力供給部5bと、を備える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部からの交流電力を入力するための交流入力端子と、
蓄電池と、
前記交流入力端子から入力された交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池へ出力するとともに、前記蓄電池から出力された直流電力を交流電力に変換する変換部と、
前記変換部によって変換された交流電力を出力するための交流出力端子と、
前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御する電池管理部と、
前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記変換部へ電力を供給する第1電力供給部と、
前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記電池管理部へ電力を供給する第2電力供給部とを備える、蓄電装置。
【請求項2】
前記変換部は、前記交流入力端子と前記蓄電池との間をトランスレス方式の変換器を用いて、絶縁しないで接続する、請求項1に記載の蓄電装置。
【請求項3】
前記第1電力供給部及び前記第2電力供給部は、それぞれ、絶縁型変換器を有する、請求項1又は2に記載の蓄電装置。
【請求項4】
前記蓄電池を複数含む少なくとも1つの電池パックと、
前記電池パック毎に設けられ、前記電池パックに含まれる蓄電池の状態を監視する電池監視部とをさらに備え、
前記電池監視部は、前記交流入力端子に対して絶縁されずに接続され、
前記電池管理部は、前記電池監視部から前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電装置。
【請求項5】
前記蓄電池の状態を示すデータを外部へ送信するとともに、前記蓄電池の状態を示すデータに基づいて生成された制御データを外部から受信する通信部と、
前記制御データに基づいて、前記蓄電池の動作を制御する制御部と、
前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記制御部へ電力を供給する第3電力供給部と、
前記交流力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記通信部へ電力を供給する第4電力供給部と、をさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電装置。
【請求項6】
前記蓄電池は、リチウムイオン蓄電池である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄電池を用いた蓄電装置の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、蓄電池を用いた様々な蓄電システムが提案されている。例えば、下記特許文献1には、交流電源が停電など異常状態になった場合に、鉛蓄電池等の蓄電手段からの直流電圧を交流電圧に変換して負荷へ出力する無停電電源装置が開示されている。
【0003】
また、蓄電システムは、電力系統に接続されて、エネルギー管理システムによる制御に従って負荷に対して電力を供給する形態で用いられることがある(例えば、下記特許文献2参照)。これにより、電力系統の需給バランスや負荷の使用状況等に応じて効率よく負荷に対して電力を供給することが可能になる。上記のような、無停電電源装置や、系統と連携して動作する蓄電システムにおける蓄電池は、電力系統等の交流電源に接続される負荷に対して電力を供給することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−45153号公報
【特許文献2】特開2013−233070号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
蓄電池の制御回路やインバータ回路を駆動するための電力は、蓄電池から供給することができる。ここで、蓄電池の制御回路やインバータ回路を駆動させるための電力を、例えば、電力系統等の外部から入力される交流電力でまかなうことができれば、より多くの電力を、蓄電池から負荷に供給することができる。従来技術では、外部から電力を用いて蓄電池を効率的に駆動させるための仕組みはなかった。そこで、本願は、外部からの電力を用いて蓄電池を効率的に駆動させることができる蓄電装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の1つの実施形態における蓄電装置は、外部からの交流電力を入力するための交流入力端子と、蓄電池と、前記交流入力端子から入力された交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池へ出力するとともに、前記蓄電池から出力された直流電力を交流電力に変換する変換部と、前記変換部によって変換された交流電力を出力するための交流出力端子と、前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御する電池管理部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記変換部へ電力を供給する第1電力供給部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記電池管理部へ電力を供給する第2電力供給部とを備える。
【発明の効果】
【0007】
本願開示によれば、外部からの電力を用いて蓄電池を効率的に駆動させる蓄電装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1図1は、蓄電装置の構成例を示す機能ブロック図である。
図2図2は、蓄電装置の詳細な構成例を示す機能ブロック図である。
図3図3は、図2におけるインバータの回路構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の1つの実施形態における蓄電装置は、外部からの交流電力を入力するための交流入力端子と、蓄電池と、前記交流入力端子から入力された交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池へ出力するとともに、前記蓄電池から出力された直流電力を交流電力に変換する変換部と、前記変換部によって変換された交流電力を出力するための交流出力端子と、前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御する電池管理部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記変換部へ電力を供給する第1電力供給部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記電池管理部へ供給する第2電力供給部とを備える。
【0010】
上記構成1によれば、交流入力端子から入力される交流電力は、第1電力供給部及び第2電力供給部によって、それぞれ、変換され、変換部及び電池管理部へ別々に供給される。このように、変換部へ電力を供給する第1電力供給部及び、電池管理部へ電力を供給する第2電力供給部を別個に設けることにより、変換部及び電池管理部それぞれに電力を供給する経路を分けることができる。そのため、変換部と電池管理部との間の干渉が抑えられ、効率的な蓄電池の駆動が可能になる。
【0011】
上記構成において、前記変換部は、前記交流入力端子と前記蓄電池との間をトランスレス方式の変換器を用いて、絶縁しないで接続することができる。これにより、トランスを用いずに、変換部を構成できるので、蓄電装置を小型化することができる。また、変換部の電力供給部と、電池管理部の電力供給部とが別々に設けられているので、前記交流入力端子に対して絶縁されてない変換部に起因するノイズの電池管理部への影響をより抑制することができる。
【0012】
上記構成において、前記第1電力供給部及び前記第2電力供給部は、それぞれ、絶縁型変換器を有することができる。これにより、変換部と電池管理部との干渉をより少なくすることができる。
【0013】
前記蓄電装置は、前記蓄電池を複数含む少なくとも1つの電池パックと、前記電池パック毎に設けられ、前記電池パックに含まれる蓄電池の状態を監視する電池監視部とをさらに備えることができる。前記電池監視部は、前記交流入力端子に対して絶縁されずに接続され、前記電池管理部は、前記電池監視部から前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御することができる。これにより、蓄電池を複数用いた構成においても、変換部と電池管理部との間の干渉が抑えられ、効率的な蓄電池の駆動が可能になる。
【0014】
前記蓄電装置は、前記蓄電池の状態を示すデータを外部へ送信するとともに、前記蓄電池の状態を示すデータに基づいて生成された制御データを外部から受信する通信部と、前記制御データに基づいて、前記蓄電池の動作を制御する制御部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記制御部へ電力を供給する第3電力供給部と、前記交流力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記通信部へ電力を供給する第4電力供給部と、をさらに備えることができる。これにより、変換部、電池管理部、通信部、及び制御部の間の干渉によるノイズを低減することができる。
【0015】
前記蓄電池は、リチウムイオン蓄電池とすることができる。これにより、リチウムイオン蓄電池の電圧又は温度等、電池状態に基づく制御を、効率よく実行することが可能になる。特に、リチウムイオン電池は、安全に取扱うために各電池セルの電圧、電流、及び温度等の管理が重要となる。このため、リチウムイオン蓄電池を用いる際には、上記電圧、電流、及び温度等を検出し、この情報を基にリチウムイオン蓄電池の動作を制御するメカニズムを蓄電池に搭載することが好ましい。そのための制御回路等を効率よく駆動させることも、蓄電装置の性能の観点から重要となる。本願に開示する蓄電装置を、このリチウムイオン蓄電池と組合せる事により、上記効率性と安全性を兼備えた蓄電装置を提供することができる。
【0016】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【0017】
(蓄電装置の構成例)
図1は、本実施形態における蓄電装置の構成例を示す機能ブロック図である。図1に示す蓄電装置1は、交流入力端子2、変換部3、リチウムイオン蓄電池4、監視部6、電池管理部16、通信部7、制御部8及び交流出力端子9を備える。交流入力端子2は、外部から交流電力の入力を受け付ける端子である。交流入力端子2は、例えば、電力系統に接続される。この場合、系統からの交流電力が、交流入力端子2に入力される。
【0018】
変換部3は、交流入力端子2から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電池4へ出力する。また、変換部3は、蓄電池4から出力された直流電力を交流電力に変換する。変換部3は、例えば、インバータを用いて構成することができる。変換部3の構成は特定のものに限定されない。例えば、交流を直流に変換する整流器と、直流を交流へ変換するインバータとの組み合わせ、又は、双方向インバータ等により、変換部3を構成することができる。なお、変換部3で変換された交流電力は、交流出力端子9から負荷20へ供給される。交流出力端子9は、例えば、負荷20を接続可能なコンセントにすることができる。なお、交流入力端子2及び交流出力端子9の形態は、特定のものに限られない。
【0019】
蓄電池4には、リチウムイオン蓄電池、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、その他、エネルギーを蓄えることが可能な二次電池を用いることができる。また、蓄電池4は、複数の電池の組み合わせであってもよい。蓄電池4は、制御部8からの制御にしたがって、変換部3からの直流電力によって充電される。また、蓄電池4は、蓄積したエネルギーを直流電力として変換部3へ出力する。
【0020】
電池管理部16は、蓄電池4の温度、電流、電圧、残量等の状態を示すデータを取得し、取得したデータに基づいて、蓄電池4の充放電動作を制御する。電池管理部16は、例えば、後述するように、蓄電池4の電流、電圧又は温度等を検出する電池監視部から蓄電池4の状態を示すデータを取得することができる。或は、電池管理部16が、蓄電池4の電流、電圧又は温度等を検出する機能を有していてもよい。
【0021】
電力供給部5は、交流入力端子から入力された交流電力の電圧等の特性を、所定の特性に変換し、蓄電装置1の各部に供給する。図1に示す例では、電力供給部5は、変換部3に電力を供給する第1電力供給部5aと、電池管理部16へ電力を供給する第2電力供給部5bとを備える。
【0022】
第1電力供給部5aは、交流入力端子2から入力された交流電力を、変換部3を駆動させるのに適した電力に変換して変換部3へ供給する。例えば、変換部3が、インバータを含む場合、第1電力供給部5aは、インバータを駆動させるための電圧を、交流入力端子2から入力された交流電力から、生成する。
【0023】
第2電力供給部5bは、交流入力端子2から入力された交流電力を、電池管理部16を駆動させるのに適した電力に変換して電池管理部16へ供給する。図1に示す例では、第2電力供給部5bは、電池管理部16のみへ電力を提供する、電池管理部16専用の電力供給部となっている。すなわち、電池管理部16は、交流入力端子から入力される電力を用いた専用電源を有する構成になっている。
【0024】
このように、電池管理部16が、専用電源を有する構成により、電池管理部16がノイズの影響を受けにくくすることができる。本例では、変換部3及び電池管理部16のそれぞれに電力を供給する、第1電力供給部5a、及び第2電力供給部5bを別個に設けることで、変換部3と、電池管理部16との間で、電力供給部5を介してノイズ信号が伝播しにくくなる。例えば、交流入力端子2が接続された一次側のグランドの変動や、交流出力端子9が接続された負荷20のグランドの変動が、変換部3や電力供給部5を通して、電池管理部16へ伝わりにくくなる。
【0025】
なお、第1電力供給部5aの電圧変換器及び、第2電力供給部5bの電圧変換器は、いずれもトランスを用いた絶縁型変換器とすることができる。これにより、第1電力供給部5aと第2電力供給部5bとの間を絶縁することができる。この場合、変換部3と、電池管理部16との間で、ノイズ信号がさらに伝播しにくくなる。
【0026】
(蓄電装置の詳細な構成例)
図2は、蓄電装置の詳細な構成例を示す機能ブロック図である。図2に示す蓄電装置1は、交流入力端子2、変換部3、リチウムイオン蓄電池4、監視部6及び電池管理部16を収容する電池パック40a、40b、通信部7、制御部8並びに交流出力端子9を備える。
【0027】
変換部3は、交流入力端子2から入力された交流電力を直流電力に変換してリチウムイオン蓄電池4へ出力する。また、変換部3は、リチウムイオン蓄電池4から出力された直流電力を交流電力に変換する。変換部3によって変換された交流電力は、交流出力端子9から出力される。図2に示す例では、変換部3は、交流入力端子2とリチウムイオン蓄電池4との間を絶縁しないで接続する非絶縁型電圧変換器により構成される。
【0028】
蓄電池の構成として、リチウムイオン蓄電池4のセルを複数組み合わせて電池パック40a、40bを形成することができる。本例では、電池パックは複数設けられる。各電池パック40a、40bには監視部6が設けられる。監視部6は、電池パック40a、40bに含まれるリチウムイオン蓄電池4の状態を監視する。監視部6は、例えば、リチウムイオン蓄電池4の温度、電流、電圧、残量等の状態を検出する。検出されたリチウムイオン蓄電池4の状態を示す信号又はデータは、電池管理部16に送信される。電池管理部16は、監視部6からリチウムイオン蓄電池4の状態を示す情報を取得し、この情報に基づいて、リチウムイオン蓄電池4の充放電を制御する。
【0029】
監視部6及び電池管理部16は、交流入力端子2に対して絶縁されずに接続される。そのため、監視部6及び電池管理部16は、交流入力端子2に対する非絶縁部、すなわち、交流電力が入力される一次側で動作することになる。そのため、監視部6は、リチウムイオン蓄電池4の電池電圧、電池電流、電池温度を監視する。監視部6は、リチウムイオン蓄電池4の異常を検出した場合には、変換部3とリチウムイオン蓄電池4との接続を切断するスイッチ(リレー61)を備えることができる。
【0030】
また、電池管理部16は、監視部6から定期的にリチウムイオン蓄電池4の状態を示すデータを受信することができる。電池管理部16が受信したリチウムイオン蓄電池4の状態を示すデータは、例えば、制御部8及び通信部7を通じて、外部へ発信される。この場合、通信部7は、外部から、このリチウムイオン蓄電池4の状態を示すデータに基づいて生成された制御データを受信することができる。制御部8は、制御データに基づいて、リチウムイオン蓄電池4の動作を制御する。これにより、リチウムイオン蓄電池4の状態を、蓄電装置1の外部において遠隔監視することができる。また、外部から制御データを送信することにより、蓄電装置1を外部から遠隔制御することができる。
【0031】
図2に示す例では、蓄電装置1は、筐体としてのフレーム22を有する。変換部3、電池パック40a、40b、電力供給部5、電池管理部16、通信部7及び制御部8は、フレーム22内に配置される。
【0032】
変換部3は、トランスレスのインバータ32及びトランスレスのDC/DCコンバータ31を有する。インバータ32は、交流入力端子2、交流出力端子9及びDC/DCコンバータ31に接続されている。インバータ32は、交流入力端子2から入力された交流電力を直流に変換してDC/DCコンバータ31に出力する。また、インバータ32は、DC/DCコンバータ31から入力された直流電力を交流に変換して交流出力端子9から出力する。
【0033】
図2では、図示していないが、交流入力端子2とインバータ32との間に、交流リレーが配置されてもよい。この交流リレーは、交流入力端子2と変換部3間の接続のON/OFFを制御する。これにより、蓄電装置1を、無停電電源(UPS)として動作させることができる。例えば、交流入力端子2から入力された電力系統の交流電力を負荷20へ供給する外部電力供給モードでは、交流リレーをONにして、交流入力端子2と変換部3間を接続する。蓄電池4を電源とする電力を負荷20へ供給する電池電力供給モードでは、交流リレーをOFFにして、交流入力端子2と変換部3間の接続を切断することができる。
【0034】
DC/DCコンバータ31は、インバータ32で出力された直流電力の電圧をリチウムイオン蓄電池4に適合する電圧に変えて、リチウムイオン蓄電池4へ出力する。また、DC/DCコンバータ31は、リチウムイオン蓄電池4から出力された直流電力の電圧を変えてインバータ32へ出力する。
【0035】
変換部3は、このようにトランスレス方式のインバータ32及びDC/DCコンバータ31を用いることで、小型化できる。トランスレス方式のインバータ32及びDC/DCコンバータ31の回路構成は、特定のものに限定されないが、例えば、フルブリッジ型の半導体スイッチング素子を用いて、トランスレス方式のインバータを構成することができる。
【0036】
図3は、図2のインバータ32の回路構成の一例を示す図である。図3に示す回路例では、トランスレス方式のフルブリッジインバータが用いられる。具体的には、交流入力端子2a、2bとリチウムイオン蓄電池4の端子4a、4bとの間に、フルブリッジ型のインバータ回路321が配置される。交流入力端子2a、2bと、インバータ回路321との間には、スイッチング素子S2、S3が設けられる。
【0037】
インバータ回路321は、直列に接続された第1スイッチング素子群S4、S5及び、同様に直列に接続された第2スイッチング素子群S6、S7を備える。第1スイッチング素子群S4、S5と第2スイッチング素子群S6、S7は、いずれもリチウムイオン蓄電池4に対して並列に接続されている。スイッチング素子S4、S5間のノードは、交流入力端子2bと交流出力端子9bとをつなぐ線路上のノードに接続される。同様に、スイッチングS6、S7間のノードは、交流入力端子2aと交流出力端子9aとをつなぐ線路に、コイルL1を介して接続される。スイッチング素子S4〜S7は、例えば、IGBT又はMOSFET等の半導体スイッチング素子を用いることができる。
【0038】
また、交流入力端子2aと交流出力端子9aとをつなぐ線路上のノードと、交流入力端子2bと交流出力端子9bとをつなぐ線路上のノードとの間には、容量C2が接続される。すなわち、インバータ回路321と交流出力端子9a、9bとの間には、コイルL1が直列に接続され、容量C2が並列に接続されている。
【0039】
図3に示す回路構成のインバータ32は、コイルL1、容量C2及びスイッチング素子S1〜S7を含むが、トランスは含まない。図3の回路において、例えば、コイルL1の代わりにトランスを設けることも考えられる。この場合、例えば、50Hzのトランスを設けると、回路が大きくなる。そのため、図3のように、コイルL1を設けることによって、トランスを設ける場合に比べて格段に小型に形成できる。その結果、インバータ32を小型にでき、ひいては、蓄電装置1全体を小型化することができる。なお、図3に示す構成では、リチウムイオン蓄電池4に、交流入力端子2a、2bの電圧がかかることになる。そのため、リチウムイオン蓄電池4と、これを収容するケースとの間は、基礎絶縁されることが好ましい。
【0040】
図3に示す回路において、スイッチング素子S4〜S7のスイッチングを制御することにより、インバータ回路321を、交流入力端子2a、2b間の交流電圧を入力として、リチウムイオン蓄電池4の端子4a、4b間へ直流電圧を出力する順変換回路として動作させることができる。或は、スイッチング素子S4〜S7のスイッチングを制御することにより、インバータ回路321を、リチウムイオン蓄電池4の端子4a、4b間の直流電圧を入力として、交流出力端子9a、9bへ交流電圧を出力する逆変換回路として動作させることもできる。このように、スイッチング素子S4〜S7の制御モードを切り替えることができる。スイッチング素子S4〜S7のスイッチングを制御するための電力は、電力供給部5から供給することができる。
【0041】
例えば、スイッチング素子S2、S3がONの時に、インバータ回路321を順変換回路として動作させることができる。この場合、インバータ32は、交流入力端子2a、2bから入力される交流電力を直流電力に変換して、リチウムイオン蓄電池4を充電するとともに、交流出力端子9a、9bへ交流電力を出力することができる。また、スイッチング素子S2、S3がOFFの時に、インバータ回路321を逆変換回路として動作させることができる。この場合、インバータ32は、リチウムイオン蓄電池4の放電により出力される直流電力を、交流に変換して交流出力端子9a、9bから出力することができる。
【0042】
再び、図2を参照して、DC/DCコンバータ31は、複数の電池パック40a、40bのリチウムイオン蓄電池4に接続される。電池パック40a、40bは、直列に接続されたリチウムイオン蓄電池4のセル群と、セル群を収容するケース21で構成される。ケース21とリチウムイオン蓄電池4のセル群とは基礎絶縁される。ケース21は、蓄電装置1のフレーム22のグランド(フレームグランド)に接地される。
【0043】
監視部6は、複数の電池パック40a、40bのそれぞれに設けられる。なお、監視部6は、電池パック40a、40bのケース21内部に設けられても、ケース21の外に設けられてもよい。監視部6は、直列に接続された複数のリチウムイオン蓄電池4それぞれの電圧を計測する。また、監視部6は、リチウムイオン蓄電池4の電流及び温度を計測する。
【0044】
監視部6は、リチウムイオン蓄電池4の電圧、電流及び温度のいずれかが予め設定された正常範囲から外れたことを検出した場合に、リチウムイオン蓄電池4の出力を停止する構成となっている。例えば、監視部6は、過電流、電圧低下、又は過熱のいずれかを検出すると、リチウムイオン蓄電池4と外部の回路をつなぐリレー61を高速にOPENすることができる。このように、各電池パック40a、40bに設けられる監視部6が、異常を検出すると即座にリチウムイオン蓄電池4を外部システムから切り離す構成とすることで、安全性を向上させることができる。特に、リチウムイオン蓄電池4が1次側に対して非絶縁である構成においては、監視部6による異常の検出と異常時の切り離しによる安全性への寄与効果が顕著に現れる。
【0045】
なお、監視部6の構成は上記に限られない。例えば、その他必要な構成を追加することもできる。例えば、監視部6にあった電圧を供給するためのレギュレータや、検出した電流をデジタル信号に変換するADコンバータ等が設けられてもよい。
【0046】
各電池パック40a、40bで検出されたリチウムイオン蓄電池4の電流、電圧、及び温度等の状態を示すデータは、電池管理部16へ送信される。この電池管理部16と監視部6との間は、差動信号で通信することができる。この差動信号の通信には、例えば、RS−485を使用することができる。
【0047】
図2に示す構成では、電池パック40a、40bのケース21は、蓄電装置1のフレーム22、すなわち、フレームグランドに接地されている。これに対して、監視部6及び電池管理部16は、交流入力端子2及び交流出力端子9に対して非絶縁で接続されているので、グランドレベルは、1次側のグランドレベルとなる。1次側のグランドレベルは、例えば、交流入力端子2に接続された系統における電圧の変動等に対応して変化する場合がある。これに対して、フレームグランドは一定である場合が多い。そのため、監視部6及び電池管理部16のグランドとフレームグランドとの電位差が変動し、これがノイズ源となる可能性が高い。図2に示す例のように、監視部6と電池管理部16との間の通信に、ノイズに強い差動方式を利用することにより、例えば、上記のようなグランドレベルの違いによるノイズの影響を抑えることができる。
【0048】
電池管理部16は、複数の電池パック40a、40bの監視部6と、絶縁型の通信ドライバ16aを介して接続されている。このように、電池管理部16における監視部6とのインタフェースに絶縁型のデバイスを利用することにより、ノイズの影響を抑えることができる。絶縁型の通信ドライバ16aは、入力端子と出力端子との間を、信号だけ伝達させて電気的には絶縁する絶縁型の信号伝達素子を用いて形成することができる。絶縁型の信号伝達素子は、入出力間において電気的絶縁と信号カップリングの両方の機能を有する素子である。このような素子には、光、磁界又は電界を用いて信号を伝達する構成のものが含まれる。例えば、フォトカプラ素子や磁気カプラ素子、又は電界を用いて信号を伝達する容量結合アイソレータ等を、絶縁型の信号伝達素子として用いることができる。
【0049】
また、電池管理部16及び制御部8は、絶縁型の信号伝達素子の一例であるフォトカプラ9を介して接続される。これにより、電池管理部16と制御部8との間も絶縁することができる。
【0050】
図2に示す蓄電装置1では、電力供給部5は、交流入力端子2と、蓄電装置1の各部、すなわち、変換部3、電池管理部16、及び制御部8に接続される。電力供給部5は、交流入力端子2から入力された交流電力を、各部の動作に適した電圧に変換して出力する。電力供給部5は、上述した第1電力供給部5a、第2電力供給部5bに加えて、第3電力供給部5c及び第4電力供給部5dを有する。第3電力供給部5cは、交流入力端子2から入力された交流電力を変換して、制御部8へ電力を供給する。第4電力供給部5dは、交流入力端子2から入力された交流電力を変換して、通信部8へ電力を供給する。
【0051】
第1電力供給部5a、第2電力供給部5b、第3電力供給部5c、第4電力供給部5dのいずれも、トランス50と、トランス50に直列接続されたダイオード51、及びトランス50に並列接続されたコンデンサ52を有する。これらは、それぞれの電力の供給先に応じて、電圧の変換及び整流を行う。これら第1電力供給部5a、第2電力供給部5b、第3電力供給部5c、及び第4電力供給部5dにおける4つのトランス50は、互いに直列に接続されている。また、これら4つのトランス50は、交流入力端子2と変換部3との間の線路に対して並列に接続されている。これら4つのトランス50には、AC/DCコンバータ54がさらに接続される。
【0052】
第1電力供給部5aのトランス50は、例えば、変換部3のインバータ32の駆動回路(図示せず)に接続することができる。第2電力供給部5bのトランス50は、5Vのレギュレータ53bを介して電池管理部16に接続される。これにより、電池管理部16へ5Vの電圧の電力が供給される。第3電力供給部5cのトランス50は、レギュレータ53cを介して、制御部8へ接続される。第4電力供給部5dのトランス50は、レギュレータ53dを介して通信部7へ接続される。
【0053】
図2に示す構成において、変換部3、電池管理部16、制御部8、及び通信部7は、それぞれ、異なるトランス50を介して電力供給部5と接続される。すなわち、変換部3、電池管理部16、制御部8、及び通信部7は、それぞれ別個のトランス50を介して、電力供給部5から電力の供給を受ける構成である。そのため、変換部3、電池管理部16、制御部8、及び通信部7のグランドを互いに分離することができる。例えば、交流入力端子2に接続された変換部3のグランドレベルの変動によるノイズが、電池管理部16に伝達しにくくなる。その結果、変換部3を非絶縁型にして小型化を図りつつ、電力供給経路を通じたノイズの伝達を抑えることができる。また、蓄電装置1内部で消費される電力を、リチウムイオン蓄電池4の電力でまかなわずに外部からの電力でまかなうことができる。そのため、リチウムイオン蓄電池4からより多くの電力を負荷20へ供給することができる。
【0054】
なお、電力供給部5による電力供給経路の構成は、図2に示す例に限られない。例えば、第1〜第4電力供給部5a〜5dのうち少なくとも2つにおいてトランス50を共有する構成であってもよい。また、上記例では、第1〜第4電力供給部5a〜5dのそれぞれにトランス50が設けられる。それぞれの電力供給のための回路は、トランス50を用いた構成に限られず、その他の所望の電力を生成する回路を用いた構成とすることができる。
【0055】
また、電力供給部5は、交流入力端子2からの交流電力の入力が停止又は低減又は上昇した場合に、変換部3、電池監視部16、通信部7、及び制御部8を駆動させるための電源を、リチウムイオン蓄電池4に切り替えてもよい。例えば、電力供給部5は、交流入力端子2から入力される電力と、リチウムイオン蓄電池4から供給される電力を、併用又は切り換えて各部の電源として用いる構成にすることもできる。
【0056】
図2に示す構成において、各部を実装する基板の構成は特に限定されないが、一例として、変換部3、電池管理部16、制御部8、及び通信部7を、それぞれ別々の基板上に形成することができる。この場合、電池供給部5は、変換部3と同じ基板に形成することができる。また、電池管理部16と制御部8の間の通信インタフェースを実現するドライバチップ、及び、制御部8と通信部7との通信インタフェースを実現するドライバチップにも、電力供給部5から電力を供給することができる。これらの通信インタフェースは、例えば、RS−232Cを用いることができる。
【0057】
その他、図2に示す構成に、必要に応じて回路を追加することができる。例えば、交流入力端子2とインバータ32との間に、ダイオードブリッジ及びコンデンサを配置することもできる。
【0058】
(無停電電源装置への適用例)
図1及び図2に示す蓄電装置1は、一例として、系統電力から供給される交流電力を受けて電力を蓄積するとともに、負荷20に対して一定規格の電力を供給する無停電電源装置の機能を有することができる。
【0059】
蓄電装置1は、交流入力端子2から入力された交流電力を負荷20へ供給する外部電力供給モードと、蓄電池4を電源とする直流電力を変換部3が交流に変換することで得られる交流電力を負荷20へ供給する電池電力供給モードとを切り替える切替部を備えてもよい。切替部は、例えば、交流入力端子2からの交流電力の低下または停止若しくは所定値を超える交流電力の上昇を検出した場合に、交流入力端子2と負荷20との間の接続を切ることで、上記モードを切り替えることができる。なお、外部電力供給モードでは、交流入力端子2から入力された交流電力を直流に変換せずに交流のまま負荷20へ供給することができる。又は、外部電力供給モードにおいて、交流電力を直流に変換し、直流電力を所定の条件を満たす交流電力に変換して負荷20へ供給することもできる。
【0060】
無停電電源としての動作方式は、特定のものに限定されない。例えば、交流入力端子2から交流電力が正常に供給されるときは、交流入力端子2の交流電力を負荷20へ供給するとともに、変換部3により交流電力を直流電力に変換して蓄電池4を充電することができる。交流入力端子2からの交流電力の異常時には、切替部が、交流入力端子2の電力系統を切り離して、蓄電池4の直流電力を変換部3によって交流に変換して負荷20に供給する状態に切り替えることができる。或いは、正常時に、変換部3が、交流入力端子2の交流電力から変換した直流電力を、蓄電池4へ充電するとともに、蓄電池4からの直流電力を再び負荷20に応じた交流電力に変換して出力する方式であってもよい。
【0061】
(制御部8及び通信部7の動作例)
制御部8は、例えば、汎用又は専用のプロセッサにより構成することができる。監視部6は、蓄電池4の状態を監視し、蓄電池4の状態を示すデータを生成する。監視部6は、例えば、蓄電池4の温度、電流、電圧、残量等を監視し、これらの値を示すデータを生成することができる。監視部6が生成した蓄電池4の状態を示すデータは、電池管理部16、制御部8及び通信部7を介して外部へ出力される。なお、電池管理部16は、監視部6から取得したデータを、制御部8を介さずに通信部7に出力してもよい。
【0062】
一例として、蓄電池4を複数のリチウムイオン電池で構成する場合、各電池を監視、制御するBMU(バッテリマネージメントユニット)によって監視部6を構成することができる。また、複数の電池からデータを収集し、複数の電池を制御するBMS(バッテリマネージメントシステム)によって電池管理部16を実現することができる。
【0063】
通信部7は、蓄電装置1が外部とデータ通信を行うための通信インタフェースである。通信部7と外部機器との通信は、無線通信によって行われてもよい。また、通信部7は、例えば、外部のルータを介して、インターネットなどのネットワークに接続された外部機器との通信を可能にすることができる。これにより、通信部7を介して、蓄電装置1から、外部の管理装置(例えば、管理サーバ等)に、電池の温度、電流、電圧及び残量等の状態を示すデータに加え、蓄電装置1の識別情報、位置を示す情報、他の機器との接続状態等を送信することができる。
【0064】
通信部7が通信可能な管理装置は、蓄電装置1以外の機器とも通信可能に構成することができる。この場合、管理装置は、蓄電装置1及び蓄電装置1に関連する機器の情報を収集することができる。管理装置は、収集した情報に基づいて、適切な動作指示を示す制御データを蓄電装置1へ送信することができる。この場合、蓄電装置1は、内部状態のみならず外部環境にも対応した適切な動作が可能になる。
【0065】
このように、蓄電装置1が他の機器と連携して動作するためには、例えば、通信部7は、外部の管理装置と特定プロトコルを用いて通信することができる。特定プロトコルは、蓄電装置1とは異なる種類の複数の機器と前記管理装置との通信に共通して用いられることが好ましい。例えば、HEMS(Home Energy Management System)等のエネルギー管理システムで用いられるプロトコルを、特定プロトコルとして採用することができる。HEMSの通信プロトコルとしては、例えば、SEP2.0(Smart Energy Profile 2.0)、ECHONET Lite等が挙げられる。特に、ECHONET Lite方式は、エネルギーマネージメントシステムに好適な通信方式であり、本方式を適用することにより、より汎用性を増すことができる。
【0066】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、図2に示した例では、変換部3が、トランスレス方式の非絶縁型変換器を用いた構成であるが、トランスを含む変換部3を有する蓄電装置にも本発明を適用することはできる。
【符号の説明】
【0067】
1 蓄電装置
2 交流入力端子
3 変換部
4 蓄電池
5 電力供給部
6 監視部
7 通信部
8 制御部
9 交流出力端子
16 電池管理部
20 負荷
図1
図2
図3