特許第6049603号(P6049603)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】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6049603
(24)【登録日】2016年12月2日
(45)【発行日】2016年12月21日
(54)【発明の名称】電池制御システム及び電池制御方法
(51)【国際特許分類】
   H02J 7/02 20160101AFI20161212BHJP
   H01M 10/48 20060101ALI20161212BHJP
【FI】
   H02J7/02 H
   H01M10/48 P
【請求項の数】6
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2013-262249(P2013-262249)
(22)【出願日】2013年12月19日
(65)【公開番号】特開2015-119580(P2015-119580A)
(43)【公開日】2015年6月25日
【審査請求日】2016年1月28日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100093861
【弁理士】
【氏名又は名称】大賀 眞司
(74)【代理人】
【識別番号】100129218
【弁理士】
【氏名又は名称】百本 宏之
(72)【発明者】
【氏名】坂部 啓
【審査官】 高野 誠治
(56)【参考文献】
【文献】 特開2002−343399(JP,A)
【文献】 特表2011−501639(JP,A)
【文献】 特開2003−070179(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 7/00 − 7/12
H02J 7/34 − 7/36
H01M 10/48
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
多直列接続された複数個の電池に接続された複数の絶縁ブロックから構成され、
各絶縁ブロックは、1以上のバッテリコントローラを備え、
前記バッテリコントローラは、前記電池を監視する監視回路と、前記監視回路に電力を供給する第1の絶縁電源とを有し、
各絶縁ブロック内の第1の絶縁電源は、共通の電力線を電源とし、
各絶縁ブロックの有する前記電力線は、互いに第2の絶縁電源を介して接続される
ことを特徴とする、電池制御システム。
【請求項2】
前記絶縁ブロック内の共通の電力線を電源として動作する非絶縁の電源を有し、
前記第1の絶縁電源は、前記非絶縁の電源から出力される電力を電源として動作する
ことを特徴とする請求項1に記載の電池制御システム。
【請求項3】
前記第1の絶縁電源の耐圧は、前記多直列接続された複数個の電池の最大出力電圧より小さい
ことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の電池制御システム。
【請求項4】
前記第1の絶縁電源の耐圧は、前記第2の絶縁電源の耐圧より小さい
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電池制御システム。
【請求項5】
直列接続された複数の電池を備えた絶縁ブロックを複数有し、
前記絶縁ブロックの各々は、1以上のバッテリコントローラを備え、
前記バッテリコントローラは、前記電池を監視する監視回路と、前記監視回路に電力を供給する第1の絶縁トランスとを有し、
前記絶縁ブロックの各々の有する第1の絶縁トランスは、共通の電力線を電源とし、
前記絶縁ブロックの各々の有する前記電力線は、互いに第2の絶縁トランスを介して接続される
ことを特徴とする、電池制御システム。
【請求項6】
多直列接続された複数個の電池と、
前記電池の直並列数に応じて増減する前記電池の監視回路と、
を備えた電池制御システムにおける電池制御方法であって、
前記監視回路は、
前記監視回路が有する低耐圧絶縁電源の耐圧を超えないように複数の絶縁ブロックに分割され、前記絶縁ブロック内の前記低耐圧絶縁電源は共通の電源線を入力とし、各前記絶縁ブロック間の電力は高耐圧絶縁電源により送受される
ことを特徴とする、電池制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池制御システム及び電池制御方法に関し、絶縁を要する制御回路を構成する電池制御システム及び電池制御方法に適用して好適なるものである。
【背景技術】
【0002】
近年、移動体向け蓄電装置や系統連系安定化用蓄電装置、非常用蓄電装置といった多数の電池を内蔵する電池システムが注目を浴びている。これらの電池システムの性能を引き出すためには、電池の充電率(SOC:State Of Charge)や劣化度(SOH:State Of Health)、充放電可能な最大電流(許容充放電電流)などのパラメータを算出したり、各電池の充電率を適切に揃えたりする必要がある。これらを実現するために、各電池には電池電圧計測用の回路(セルコントローラ)が取り付けられ、セルコントローラから送られてくる情報に基づいて、中央演算処理装置(CPU)を搭載したバッテリコントローラが上記演算や所定の動作を実行する。
【0003】
上記した電池システムに内蔵する電池の個数が数十個以上となる場合、数個〜数十個の電池及びセルコントローラを内蔵した電池モジュールを用い、これを複数個直並列接続することが一般的となっている。このような構成では、セルコントローラとバッテリコントローラとの通信は安全のためセルコントローラ内部で絶縁し、両者を接続する通信線による漏電や感電が起きないようにしている。また、セルコントローラ上の絶縁素子の耐圧が電池システムの要求する耐圧未満の場合は、バッテリコントローラ側に絶縁素子を追加する。
【0004】
また、電池モジュールには、バッテリコントローラを内蔵したものもある。電池モジュールを内蔵したバッテリコントローラは、電池の消耗を防ぐため、バッテリコントローラを動作させるための電力を外部から供給する構成になっている。そして、電池システムにシステムコントローラが備えられ、該システムコントローラが各バッテリコントローラから出力された情報を取りまとめたり、各バッテリコントローラに対し指令を出したりする。ここで、セルコントローラ部分の絶縁素子の耐圧が電池システムの要求する耐圧未満の場合に、バッテリコントローラとシステムコントローラの間に絶縁素子が追加される。
【0005】
上記したように、バッテリコントローラとシステムコントローラの間に絶縁素子が追加された場合、絶縁された側への電力供給方法が問題となる。この問題を解決するために、特許文献1では、モジュールブロック単位毎に絶縁トランスを用いた電源を設ける電源構成が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2000−358325号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、モジュールブロック単位毎に絶縁トランスを用いた絶縁電源を用いた場合、各絶縁電源には電池システムの要求する耐圧を満たす性能が必要となる。そのため、特に鉄道用途のように千ボルト以上の耐圧を要求するシステムでは、各絶縁電源が大型で高価なものとなってしまうという問題があった。
【0008】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、電池システム全体を複数の絶縁ブロックに分割し、各絶縁電源の容量及び耐圧を小さくするとともに、電池システム全体の電源電圧を各絶縁電源の耐圧以上とすることが可能な電池制御システム及び電池制御方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
かかる課題を解決するために本発明においては、多直列接続された複数個の電池に接続された複数の絶縁ブロックから構成され、各絶縁ブロックは、1以上のバッテリコントローラを備え、前記バッテリコントローラは、前記電池を監視する監視回路と、前記監視回路に電力を供給する第1の絶縁電源とを有し、各絶縁ブロック内の第1の絶縁電源は、共通の電力線を電源とし、各絶縁ブロックの有する前記電力線は、互いに第2の絶縁電源を介して接続されることを特徴とする、電池制御システムが提供される。
【0010】
かかる構成によれば、第1の絶縁電源または第2の絶縁電源に要求する耐圧を電池システム全体に要求する耐圧に比べ小さくすることが可能となるため、低コスト・小型な低耐圧絶縁電源を使用可能となり、電池制御システムの各モジュールの大きさやコストを低減することが可能となる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、電池システム全体を複数の絶縁ブロックに分割し、各絶縁電源の容量及び耐圧を小さくするとともに、電池システム全体の電源電圧を各絶縁電源の耐圧以上として、汎用性の高い電池システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明の第1の実施形態に係る電池システムの構成を示すブロック図である。
図2】同実施形態にかかる電池モジュールの構成を示すブロック図である。
図3】同実施形態にかかるセルコントローラの構成を示すブロック図である。
図4】同実施形態にかかる電池システムの絶縁電源構成を示すブロック図である。
図5】本発明の第2の実施形態に係る電池モジュールの構成を示すブロック図である。
図6】本発明の第3の実施形態に係る電池システムの電源構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【0014】
(1)第1の実施の形態
(1−1)電池システムの全体構成
まず、図1を参照して、電池システム100の構成について説明する。図1は、電池電力を負荷に供給する電池システムの構成を示すブロック図である。電池システム100の出力電圧は、電池の残容量や出力電流等により変動する直流電圧のため、負荷111に直接電力を供給するには適さない場合がある。そこで、本実施の形態では、上位コントローラ112により制御されるインバータ110により、電池システム100の出力電圧を三相交流に変換して負荷111に供給している。なお、負荷111に直流電圧や他の多相交流、単相交流を供給する場合も同様の構成となる。
【0015】
また、負荷111が電力を出力する場合は、インバータ110を双方向インバータとすることにより、負荷111が出力した電力を電池システム100に蓄えることができる。さらに、インバータ110と並列に充電システムを電池システム100に接続することで、必要に応じ電池システム100を充電することも可能である。
【0016】
電池システム100は、インバータ110や負荷111の制御に有用な各種情報を上位コントローラ112に送信する。各種情報とは、例えば、電池の充電率(SOC)や劣化率(SOH)、流すことのできる最大充電電流・放電電流(許容充放電電流)、電池温度、電池異常の有無等の電池状態に関する情報などを例示できる。上位コントローラ112は、電池システム100から提供された上記情報をもとに、エネルギーマネージメントや異常検知等の各種処理を行う。また、上位コントローラ112は、電池システム100をインバータ110または負荷111から切り離すべきと判断した場合は、切断指示を電池システム100に対し送信する。
【0017】
また、電池システム100は、直並列接続された1台以上の電池モジュール105と、電池システム100の状態を監視・推定・制御するシステムコントローラ103と、電池システム100の出力を断続するリレー106と、電池に流れた電流を計測する電流センサ108と、電池モジュールの各直列を断続するリレー113と、電池電圧を計測する電圧センサ602と、電池システム100と例えばアースとの間の絶縁抵抗を計測する漏電センサ603と、電池システム100の出力電圧に応じ設けられる遮断器107とから構成される。以下、各部を詳細に説明する。
【0018】
電池モジュール105は、複数個の単位電池を有し、モジュール内部の温度や各電池の電圧を計測する。また、必要に応じて単電池単位での充放電を行う。これにより、単電池単位での電圧監視や電圧調整が可能となり、温度に応じて特性が変化する電池の状態推定に必要な温度情報を計測することが可能となる。電池モジュール105について、後で詳細に説明する。
【0019】
また、電池モジュール105には、電流センサ108とリレー113を直列に接続する。これにより、電池モジュール105の状態を監視・推定するために必要な電流値が計測することができる。また、電池モジュール105の各直列を、上位コントローラの指令に基づいて断続することができる。
【0020】
例えば、電池モジュール105が100V以上の高電圧となる場合は、手動で電池システム100への電力入出力を遮断するための遮断器107を追加する場合がある。このように、遮断器107を用いて強制的に遮断することで、電池システム100の組み立て時や解体時、また、電池システム100を搭載した装置の事故対応時に感電事故や短絡事故の発生を防ぐことが可能となる。
【0021】
なお、電池モジュール105が複数台並列に接続されている場合は、各列にリレー113、遮断器107、電流センサ108を設けてもよいし、逆に、各列からリレー113、電流センサ108を省き電池システム100の出力部分にのみリレー106、電流センサ108を設けてもよい。また、各列にリレー113、遮断器107、電流センサ108を設け、更に電池システム100の出力部にリレー106及び電流センサ108を設けてもよい。
【0022】
リレー106およびリレー113は、1台のリレーで構成してもよいし、メインリレーとプリチャージリレー、抵抗の組として構成してもよい。後者の構成では、プリチャージリレーと直列に抵抗を配置し、これらをメインリレーと並列接続する。そしてリレー106を接続する場合、まずプリチャージリレーを接続する。プリチャージリレーを流れる電流は直列接続した抵抗により制限されるため、前者の構成で生じうる突入電流を制限することができる。そして、プリチャージリレーを流れる電流が十分小さくなったのちにメインリレーを接続する。メインリレー接続のタイミングは、プリチャージリレーを流れる電流を基準にしてもよいし、抵抗にかかる電圧やメインリレーの端子間電圧を基準にしてもよい。また、メインリレー接続のタイミングを、プリチャージリレーを接続してから経過した時間を基準にしてもよい。
【0023】
電圧センサ602は、1台または複数台の電池モジュール105に接続され、例えば、電池モジュール105の各1直列に対し並列に接続される。電圧センサ602は、電池モジュール105の状態監視・推定に必要な電圧値を計測する。また、電池モジュール105には、漏電センサ603が接続され、漏電が生じる前に漏電が生じうる状態、すなわち絶縁抵抗が低下した状態を検知して事故の発生を予防する。
【0024】
また、電池モジュール105、電流センサ108、電圧センサ602及び漏電センサ603により計測された値はシステムコントローラ103に送信され、システムコントローラ103はこれらの値を元に電池の状態を監視や推定など、システム全体を制御する。ここで、システムコントローラ103によるシステム全体の制御とは、例えば、各単位電池の電圧を均等化するための単位電池毎の充放電の制御や、各センサの電源制御、センサのアドレッシング、システムコントローラ103に接続されたリレー106の制御などが挙げられる。
【0025】
システムコントローラ103は、電池システム100全体を制御するCPU601を有する。具体的に、CPU601は、電池の状態監視や推定、制御に必要な演算を行う。電池システム100にはシステム冷却用のファンが含まれてもよく、その制御をシステムコントローラ103が行う構成としてもよい。このように、冷却の制御まで電池システム100が行うことにより、上位コントローラとの通信量を削減することが可能となる。
【0026】
また、システムコントローラ103に、電圧センサ602や漏電センサ603を内蔵してもよい。電圧センサ602や漏電センサ603を内蔵することで、個別のセンサを用意する場合に比べてハーネス本数を減らし、センサ取り付けの手間を省くことができる。ただし、センサを内蔵することにより、システムコントローラ103が対応可能な電池システム100の規模(最大出力電圧、電流等)が限定されてしまう。そこで、あえて電圧センサ602や漏電センサ603をシステムコントローラ103とは別部品とすることで、システム構成に自由度を持たせるようにしてもよい。
【0027】
(1−2)電池モジュールの構成
次に、図2を参照して、電池モジュール105について説明する。図2に示すように、電池モジュール105は、複数個の直列接続された電池201と、各電池201の電圧を監視し必要に応じて各電池201に対して充放電を行うセルコントローラ202a、202b(以降、セルコントローラ202と総称して説明する場合もある)、セルコントローラ202との通信を行い、電池201の状態推定等を行うバッテリコントローラ203とから構成される。
【0028】
バッテリコントローラ203は、セルコントローラ202に対し通信信号を送信する送信部204、通信信号を受信する受信部205、システムコントローラ103等と情報または命令を送受信する送受信部206、セルコントローラ202の状態推定等を行うCPU207及びセルコントローラ202に電力を供給する絶縁電源208などから構成される。以下、各部を詳細に説明する。
【0029】
送信部204は、信号線211を介してセルコントローラ202aに対し通信開始の信号や、いずれの電池201を充放電すべきかを指示するための信号を出力する。出力信号の出力タイミングや出力内容はCPU207により演算される。また、送信する信号のGND電位は絶縁電源208の出力側GND電位と同じである。
【0030】
受信部205は、セルコントローラ202bにより出力された通信信号を、信号線212を介して受信する。セルコントローラ202bから出力された通信信号には各電池201の電圧や電池モジュール105各部の温度、セルコントローラ202の異常の有無等が含まれる。受信部205が受信した信号の解析は、CPU207により行われる。受信部205が受信する信号のGND電位は、絶縁電源208の出力側GND電位と同じである。
【0031】
送受信部206は、信号線209を介してシステムコントローラ103または上位コントローラ112と情報の送受信をする。送受信部206により送信または受信される情報の送信内容や送信タイミングの決定、受信内容の解析は、CPU207により行われる。送受信する信号のGND電位は絶縁電源208の入力側GND電位と同じである。
【0032】
CPU207は、電池201の異常の有無の判断、電池の充電率(SOC)や電池の劣化度(SOH)の推定、許容充放電電流の計算、各電池201間の充電率(SOC)ばらつき均等化制御、受信内容のビット化けやタイムアウト等の通信エラーチェック、送信内容や送信タイミングの決定、制御情報の保存や読み込み等を行う。
【0033】
CPU207の動作に必要な電力は、絶縁電源208から受け取る。また送信部204、受信部205、送受信部206に対し入出力する信号のGND電位は絶縁電源208の出力側GND電位と同じものである。
【0034】
絶縁電源208は、電力線210から受け取った電力を、送信部204、受信部205、送受信部206、CPU207、セルコントローラ202に対し適切な電圧に調整して送り出す。絶縁電源208からセルコントローラ202への電力伝達は、電力線213を介して行う。
【0035】
セルコントローラ202は、各電池201の電圧や電池モジュール105の温度分布を計測し、バッテリコントローラ203から指定されたタイミングでバッテリコントローラ203に対し情報を送信する。
【0036】
図2では、2台のセルコントローラ202a及びセルコントローラ202bがデイジーチェーン接続されている。バッテリコントローラ203からの指令は、まず信号線211を介してセルコントローラ202aへと送られる。セルコントローラ202aは、その指令が自分宛だった場合は内容を解析・処理する。
【0037】
セルコントローラ202aが処理する指令としては、例えば、計測結果の送信や、電池201の個別放電などである。そして、セルコントローラ202aは、処理結果を信号線214へと出力する。セルコントローラ202aは、指令が自分宛ではなかった場合は、指令をそのまま信号線214へと出力する。
【0038】
セルコントローラ202bは、信号線214から受信した内容が自分宛の指令だった場合はセルコントローラ202aと同様に処理し、結果を信号線212へと出力する。一方、受信した内容が自分宛の指令ではなかった場合は、受信内容をそのまま信号線212へと出力する。これらの送受信は、後述する絶縁素子216を介して行われる。絶縁素子216の動作に必要な電力は、バッテリコントローラ203から電力線213を介して受電する。
【0039】
このように、セルコントローラ202及びバッテリコントローラ203をループ状のデイジーチェーン構成とすることで、セルコントローラ202に搭載される絶縁素子216に要求する耐圧を下げることができる。また、セルコントローラ202の台数を増やしてもバッテリコントローラ203の通信ポート数を増やす必要が無くなる。
【0040】
(1−3)セルコントローラの構成
次に、図3を参照して、セルコントローラ202について詳しく説明する。図3に示すように、セルコントローラ202は、複数個の電池201に接続され、複数個のセルコントローラIC251及び絶縁素子216から構成される。以下、各部を詳細に説明する。
【0041】
複数個の電池201は、直列接続され、必要な電圧を生成する。また、各電池201は電圧検出線215を介してセルコントローラIC251にも接続され、セルコントローラIS251による各電池201の電圧監視及び充放電を可能としている。
【0042】
セルコントローラIC251は、電池モジュール105内に複数個存在し、それぞれ数個から十数個の電池201に接続されている。そして、セルコントローラIC251同士は、信号線217により接続され、一方向の通信、たとえばセルコントローラ251aからセルコントローラ251bへ、そしてセルコントローラ251bからセルコントローラ251cへの通信が行われる。
【0043】
バッテリコントローラ203は、信号線211及び絶縁素子216aを介してセルコントローラ251aに信号を送る。またセルコントローラ251cは、絶縁素子216c及び信号線214を介してバッテリコントローラ203へと信号を送る。
【0044】
セルコントローラIC251は、マルチプレクサ(MUX)301、アナログ・デジタル変換機(ADC)302、通信回路303及び電源306から構成される。各回路において、セルコントローラIC251に接続されている電圧検出線215のうち最も低い電圧がGND電位として動作する。そして、セルコントローラIC251は、接続されている各電池201の電圧を監視し、必要に応じて電池201を個別に充放電する。
【0045】
マルチプレクサ(MUX)301には、電圧検出線215が接続され、図示していない制御回路の指示に従い電池201の電圧計測に適したものを選択してADC302へと出力する。
【0046】
ADC302は、マルチプレクサ301で選択された電圧(アナログ電圧)をデジタルの数値に変換し、変換した結果を計測結果記憶素子(図示せず)に格納する。この計測には高い精度が要求されるため、たとえばマルチプレクサ(MUX)301と連携してチョッピングを行う。または、入力レンジを小さくするためにマルチプレクサ(MUX)301からの出力を2本の電圧検出線215の差とし、電池201の電圧に相当する電圧が直接ADC302に送られるようにしてもよい。
【0047】
通信回路303は、通信入力304に入力された信号を解析し、自己のIC向けの指令と判断した場合は指令内容に応じて上記した制御回路に指示し、結果を通信出力305より出力する。結果としては、たとえば上記した計測結果記憶素子に格納された計測結果や電池201の充放電の結果などが挙げられる。また、通信入力304に入力された信号が自己のIC向けの指令ではなかった場合、通信回路303は入力された信号をそのまま通信出力305へと出力する。
【0048】
ここで、セルコントローラIC251のデジタル回路にとって、通信回路303に入力される電圧が高すぎる場合がある。例えば、通信回路303bに入力される信号は、セルコントローラIC251aのGND1(309a)を基準としたものであり、これはセルコントローラIC251bのGND2(309b)より電池4個分高電位である。この問題を解決するため、通信回路303には入力信号の電位を低いほうへシフトするレベルシフト回路が内蔵されている。
【0049】
電源306は、最大電位電力線307及び最小電位電力線308を介して電池201に接続されており、接続されている電池201から、セルコントローラIC251の動作に必要な電圧を生成する。最大電位電力線307はセルコントローラIC251に接続されている電池201のうち最も高い電位にいる電池の正極側に、電圧検出線215を介して接続される。最小電位電力線308はセルコントローラIC251に接続されている電池201のうち最も低い電位にいる電池の負極側に、電圧検出線215を介して接続される。
【0050】
各セルコントローラIC251は、図3に示すように、それぞれ異なるGND(GND1(309a)、GND2(309b)、GND3(309c))を有しており、これらのGNDにより各セルコントローラIC251に必要な耐圧を、各セルコントローラIC251に接続されている電池個数に対応したものとしている。これは、電池システム100の電圧や電池モジュール105の電圧に比べ数分の1から数十分の1であり、これにより回路のIC化が可能となる。
【0051】
また、このように隣接するセルコントローラIC251は、電位的にも隣接したものとなるため、両者の間の通信は特段の絶縁をすることなく、上記のとおり電位をレベルシフトするだけで実現可能となる。これにより、通信に必要な部品の削減が可能となる。
【0052】
絶縁素子216はセルコントローラIC251とバッテリコントローラ203との間の絶縁を行う。これにより、必ずしも電位的に近くないセルコントローラIC251とバッテリコントローラ203との間の耐圧を確保できる。また、一般的に人が触れうる信号系に接続されているバッテリコントローラ203と電池201との間で電流が流れないようにすることで感電を防いでいる。絶縁素子216の動作に必要な電源は、セルコントローラIC側は電池201から得ている。またバッテリコントローラ側はバッテリコントローラ203からの電力線213より得ている。
【0053】
(1−4)絶縁電源の構成
次に、図4を参照して、電池システム100における絶縁電源の構成について説明する。電池システム100において、システムコントローラ103は、外部電源114より電力を受け動作する。また、受けた電力の一部は絶縁電源604にも送られる。
【0054】
絶縁電源604の出力は、バッテリコントローラ203a、203bに内蔵された絶縁電源208a、208bに入力され、これらバッテリコントローラ及びセルコントローラ202a、202b内の絶縁素子216を動作させる。絶縁電源604の出力に接続可能なバッテリコントローラ203の数は絶縁電源208の耐圧によって決まる。
【0055】
バッテリコントローラ203の数は、絶縁電源208の耐圧÷電池モジュール105の最大出力電圧で求められる。例えば、電池モジュール105の最大出力電圧が210V、絶縁電源208の耐圧が600Vならば接続可能なバッテリコントローラ203の数は最大2台となる。絶縁電源604の出力は更に絶縁電源605にも入力される。このため、絶縁電源604の電力容量は、バッテリコントローラ203及び絶縁電源605に十分電力を送るだけの値とする。
【0056】
絶縁電源605の出力は、バッテリコントローラ203c、203dに内蔵された絶縁電源208c、208dに入力され、これらバッテリコントローラ及びセルコントローラ202c、202d内の絶縁素子216を動作させる。絶縁電源605の出力に接続可能なバッテリコントローラ203の数は絶縁電源604と同様に求められる。
【0057】
電池モジュールが更にある場合、絶縁電源605の出力は更に別の絶縁電源に入力され、絶縁電源605と同様に複数台のバッテリコントローラ203に電力を供給する。そして、すべてのバッテリコントローラ203に電力を供給できるよう、この構成が繰り返される。
【0058】
電池システム100において、電池201は直列接続されているため、隣接する電池モジュール間の電位差は小さい。このように、隣接する電池モジュール間の電位差が小さいことを利用し、このような構成とすることで、絶縁電源に必要な耐圧を絶縁電源208、絶縁電源604、絶縁電源605に分散して担わせることが可能となる。
【0059】
従来は、電池システム100に必要な絶縁耐圧が増大した場合、従来は電池モジュール105に内蔵された絶縁電源208を交換する必要があった。しかし、本実施の形態では、上記のように、複数の絶縁電源が耐圧を分散して担っている。このため、絶縁電源604、絶縁電源605の耐圧を増やすか、絶縁電源605を複数設けることにより、絶縁電源208を交換することなく電池システム100の耐圧を増やすことが可能となる。
【0060】
また、バッテリコントローラ203等を新規設計する場合でも、絶縁電源208,604、605に要求する耐圧を電池システム100全体に要求する耐圧に比べ小さくすることが可能となるため、低コスト・小型な低耐圧絶縁電源を使用可能となり、電池システム100やシステムコントローラ103、バッテリコントローラ203の大きさやコストを低減することが可能となる。
【0061】
なお各絶縁電源604、605は、絶縁電源208に比べ大容量とする必要がある。絶縁電源208を十分高耐圧なものに交換する場合に比べ絶縁電源の総数が増加してしまうが、一般的に、絶縁電源の大容量化よりも高耐圧化のほうが高コストとなる。また、本実施形態のような構成により、増加する絶縁電源の個数は1直列あたり数個程度のため、電池システム100全体のコストを低減させることが可能となる。なお、絶縁電源604、605に必要な耐圧は、電池システム100の最大出力電圧から絶縁電源208の耐圧を引いたものとなる。
【0062】
(2)第2の実施の形態
次に、図5を参照して、第2の実施の形態について説明する。以下では、絶縁電源と非絶縁電源を組み合わせた電池システムの一例について説明する。図5は、本実施の形態における電池モジュール105の構成例である。図5の構成では、絶縁電源208と電力線210との間に非絶縁電源220が存在する。以下では、第1の実施の形態の電池システム100とは異なる構成について詳細に説明し、第1の実施の形態と同様の構成について詳細な説明を省略する。
【0063】
非絶縁電源220は、電力線210から電力を受け取り、送信部204、受信部205、送受信部206、CPU207に対し適切な電圧に調整して送り出す。更に、非絶縁電源220は、セルコントローラ202が必要とする電力を、絶縁電源208を介して供給する。
【0064】
図5では、非絶縁電源220と絶縁電源208は直列となっているが、絶縁電源208が直接電力線210より電力供給を受ける並列接続の構成としてもよい。このように、絶縁した電力供給を要する部分と、絶縁した電力供給を不要な部分に分けることで、非絶縁電源に比べ高価な絶縁電源208の容量を小さくすることができ、電池システム100のコストを低減可能となる。このような構成は図4の絶縁電源604、絶縁電源605に対しても適用可能である。
【0065】
(3)第3の実施の形態
次に、図6を参照して、第3の実施の形態について説明する。以下では、電源として交流を用いた電池システムの一例について説明する。図6は、本実施の形態における電池システム100の電源構成例である。本構成では、電池システム100は、交流電源402より電力を受けて動作する。以下では、第1の実施の形態の電池システム100とは異なる構成について詳細に説明し、第1の実施の形態と同様の構成について詳細な説明を省略する。
【0066】
システムコントローラ103は、交流電源402からの電力を絶縁トランス401で受け、電力線403に出力する。この出力された交流電力はバッテリコントローラ203a、バッテリコントローラ203bへと出力される。バッテリコントローラ203は、第1の実施形態の絶縁電源208に代えて絶縁トランス410及びAC/DCコンバータ411を有し、バッテリコントローラ203に入力された交流電力は絶縁トランス410に入力される。
【0067】
絶縁トランス410に入力された交流電力は、AC/DCコンバータ411に入力され、直流へと変換される。そして変換された電力はバッテリコントローラ203の他の回路、例えば、送信部204、受信部205、送受信部206、CPU207及びセルコントローラ202へと適切な電圧にされた上で出力される。
【0068】
絶縁トランス401から出力された交流電力は、電力線403を介して絶縁トランス404にも出力される。そして絶縁トランス404は電力線405を介してバッテリコントローラ203c、バッテリコントローラ203dに交流電力を供給する。
【0069】
このように絶縁電源604、605に代えて絶縁トランス401、404を用いることでこれらのコストを下げることができる。また、第1の実施の形態と同様に、電池システムに要求される耐圧を絶縁トランス401、404、410で分担することができるため、それぞれに必要な耐圧を低減し、絶縁トランス410のみで絶縁を行う場合に比べコストや絶縁トランス410の大きさを低減させることができる。なお、各絶縁トランスに要求する耐圧は第1の実施の形態と同様のため、詳細な説明は省略する。
【符号の説明】
【0070】
100 電池システム
103 システムコントローラ
104 電力線
105 電池モジュール
106 リレー
107 遮断器
108 電流センサ
110 インバータ
111 負荷
112 上位コントローラ
113 リレー
114 外部電源
201 電池
202 セルコントローラ
203 バッテリコントローラ
204 送信部
205 受信部
206 送受信部
207 CPU
208 絶縁電源
209、211、212、214 信号線
210、213 電力線
215 電圧検出線
216 絶縁素子
217 信号線
218、219 絶縁電源
220 非絶縁電源
301 マルチプレクサ(MUX)
302 アナログ・デジタル変換機(ADC)
303 通信回路
304 通信入力
305 通信出力
306 電源
307 最大電位電力線
308 最小電位電力線
309 GND線
310 電力線
401、404、410 絶縁トランス
402 交流外部電源
403、405 交流電力線
411 AC/DCコンバータ
601 CPU
602 電圧センサ
603 漏電センサ
604、605 絶縁電源
図1
図2
図3
図4
図5
図6