蓄电系统的制作方法

专利名称：蓄电系统的制作方法
专利说明本发明涉及蓄电装置的保护。
背景技术：
目前公知有如下的技术在具有1个或多个二次电池的电池包 (電池八。:y夕)中，当检测出电池异常时，停止对二次电池的充电，并且 连接二次电池和放电电阻使二次电池自动放电(例如，参照专利文献1、 2、 3)。在这样发生异常时，放出在电池包中积蓄的能量，因此能够在安 全的状态下保管电池包。专利文献1:日本特开2001-298867号公报专利文献2:日本特开2003-142162号公报专利文献3:日本实开平6-57050号公报
但是，在上述的现有方法中，放电电流由二次电池的端子间电 压和放电电阻决定，所以存在放电电流小、要放电到安全的状态耗费时间 这样的问题。另外还存在根据二次电池的充电状态有可能导致放电电流大 于容许的电流值，从发热等观点来说不优选这样的问题。发明内容
本发明是为了解决上述问题而开发的，其目的是提供一种能够 实现安全性提高的蓄电系统。
为了解决上述课题，本发明采用以下的手段。 本发明的第l方式是如下的蓄电系统，其具有蓄电装置；电力变换装 置，其设置在上述蓄电装置与负载之间，能够控制从上述蓄电装置向上述 负载供给的电力；以及电池监视电路，其检测上述蓄电装置的异常，当通 过上述电池监视电路检测出上述蓄电装置异常时，上述电力变换装置在预 先设定的电流值或功率值以下、或者未超过预先设定的上限值的范围内，4以上述负载所需要的电流值或功率值，将积蓄在上述蓄电装置中的电力提 供给上述负载或在内部具有的内部负载。
根据这样的结构，在由电池监视电路检测出蓄电装置异常的情 况下，利用电力变换装置进行蓄电装置的放电，所以能够降低蓄电装置的 电压。由此，能够在安全的状态下保管蓄电装置。另外，在预先设定的电 流值或功率值以下或者未超过预先设定的上限值的范围内，可将此时的放 电电流抑制成负载所需的电流值或功率值，所以既能够确保安全性又能够 降低蓄电装置的电压。
上述蓄电系统具有将上述蓄电装置与上述电力变换装置电连接 以及切断的开关部，上述电池监视电路在上述蓄电装置的电压为规定值以 下时，可以使上述开关部动作，来切断上述蓄电装置与上述电力变换装置 之间的电连接。
根据这样的结构，在蓄电装置的电压为规定值以下的情况下， 使开关部动作，切断蓄电装置和电力变换装置之间的电连接。
上述蓄电系统具有检测上述蓄电装置的温度的温度检测部，上 述电力变换装置可根据上述蓄电装置的温度来变更放电的电流值。[OOIO]在这样的结构中，根据蓄电装置的温度来变更放电电流的电流 值，所以在温度高的情况下通过将放电电流的电流值设定得小，能够进一 步提高安全性。[OOll]在上述蓄电系统中，上述电力变换装置在上述蓄电装置的温度 到达温度上限值的情况下停止放电。
根据这样的结构可以抑制温度上升。
在上述蓄电系统中，上述蓄电装置可具有串联连接的多个电池 单元，在各上述电池单元中分别设置有通过上述电池监视电路进行控制的 电压均衡化电路，上述电池监视电路在通过进行上述电力变换装置的放电 来使上述蓄电装置的电压成为规定值以下的情况下，使各上述电压均衡化 电路工作。
在上述蓄电系统中，上述蓄电装置具有串联连接的多个电池单 元，在各上述电池单元中分别设置有通过上述电池监视电路进行控制的电 压均衡化电路，上述电池监视电路在上述电力变换装置停止了放电之后，使各上述电压均衡化电路工作。
根据这样的结构，可分别进行各电池单元的放电。其结果是，可消除电池单元间的电压的偏差。
本发明的第2方式是如下的蓄电系统，其具备蓄电装置，其 具有串联连接的多个电池单元；电压均衡化电路，其与各上述电池单元对 应着设置，并使电池单元间的单元电压均衡化；以及电池监视电路，其检 测各上述电池单元的异常，上述电池监视电路在检测出上述电池单元异常 的情况下，至少使与检测出异常的上述电池单元对应的上述电池均衡化电 路工作，在预先设定的电流值以下，进行检测出异常的电池单元的放电。
根据这样的结构，在检测出电池单元异常的情况下，在预先设 定的电流值以下，至少进行检测出异常的电池单元的放电，所以能够确保 电池单元的安全性。
上述蓄电系统可具有检测各上述电池单元的温度的温度检测 部，上述电池监视电路根据上述电池单元的温度来控制放电的电流值。
在这样的结构中，根据电池单元的温度来变更放电电流的电流 值，所以在温度高的情况下将放电电流的电流值设定得小或停止放电，因 此能够进一步提高安全性。
在上述蓄电系统中，作为上述电压均衡化电路例如可采用将检 测出异常的上述电池单元的能量经由变压器提供给其他正常的电池单元 的变压器方式的电路。此外，上述方式是能够在可能的范围进行组合来利用的方式。
根据本发明，实现了可提高安全性这样的效果。



图1是表示本发明第1实施方式的蓄电系统的概括结构的图。 图2是表示本发明第2实施方式的蓄电系统的概括结构的图。 图3是表示图2所示的蓄电系统的变形例的图。 图4是表示本发明第3实施方式的蓄电系统的概括结构的图。 图5是表示本发明第4实施方式的蓄电系统的概括结构的图。图6是表示图5所示的单元平衡电路的一构成例的图。
图7是表示本发明第5实施方式的蓄电系统的概括结构的图。
图8是表示本发明第5实施方式的蓄电系统的变形例的图。
符号说明
1蓄电装置
2,2'电力变换装置
3负载
4,4'电池监视电路 5,12开关元件 6内部负载 7单元平衡电路 10， 10' 电池组 11 电阻
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的蓄电系统的一实施方式进行说明。 [第1实施方式]
图1是表示本发明第1实施方式的蓄电系统的概括结构的图。
如图1所示，本实施方式的蓄电系统具备蓄电装置l;电力变换装 置2，其设置在蓄电装置1与负载3之间，可控制从蓄电装置1向负载3 供给的电力；电池监视电路4，其检测蓄电装置l的异常；和开关元件(开 关部)5，电连接以及切断蓄电装置1与电力变换装置2。
蓄电装置1 、电池监视电路4以及开关元件5被收纳在共用的壳体内， 构成电池组(電池二二;y卜)10。蓄电装置1具有串联连接的多个电池单元(cdl)。在各电池单 元中分别设置有检测电池单元的电压的电压传感器(图示略)、检测温度的 温度传感器(图示略)。电压传感器以及温度传感器的检测结果提供给电池 监视电路4。电池监视电路4在从电压传感器接收到的 压值是预先设定的正常电压范围以外时检测异常，并将异常检测信号输出给电力变换装置2。
例如，当存在端子间电压不在2. 3V以上且小于4. 3V的电压范围的电池 单元时，电池监视电路4将异常检测信号输出至电力变换装置2。而且，电池监视电路4在从温度传感器接收到的温度是预先设 定的限制值以上时，检测异常，并将异常检测信号输出给电力变换装置2。 例如，当存在80。C以上的电池单元时，电池监视电路4将异常检测信号输 出给电力变换装置2。
此外，上述电池单元的端子间电压的正常电压范围和温度的限制值可 通过设计来任意地设定。电力变换装置2根据预先设定的顺序，将电池组10的蓄电装置 1中积蓄的电力提供给负载3。这里，电力变换装置2可以是单向的电力 变换装置，也可以是双向的电力变换装置。
电力变换装置2例如具有将来自蓄电装置l的电压、电流控制为希 望值的功能、将来自蓄电装置1的直流电变换为3相交流电后输出的逆变 器功能。该电力变换装置2是如从具有多个电池单元的蓄电装置1向负载 3供给电力这样的蓄电系统普遍具备的装置。例如，在本实施方式的蓄电系统作为家庭用或商用的电力储存 系统发挥作用时，电力变换装置4作为将电池组10的电力从直流变换为3 相交流并且将电压、电流、功率因数等控制成希望的值后向负载3供给的 装置发挥作用。另外，在本实施方式的蓄电系统作为电动汽车等的电池发 挥作用时，电力变换装置2作为将电池组10的电力从直流变换为3相交 流且进行电压、电流控制并向驱动马达等的负载3提供的装置发挥作用。电力变换装置2在通常时根据预先设定的顺序或负载3的电力 要求指令等，从电池组10向负载3供给电力。另外，电力变换装置2在 从电池监视电路4接收到异常检测信号时，停止从电池组10向负载3的 电力供给，然后，在预先设定的第1电流值(例如，额定电流的1/10左右 的电流值)以下，从蓄电装置1向负载3提供电力，由此进行蓄电装置1 的放电。接着，对具有上述结构的本实施方式的蓄电系统的作用进行说明。
8在电力变换装置2的控制下，将电池组10的蓄电装置1的电力提供
给负载3。另外此时，在电池组10内，通过电压传感器以及温度传感器以
规定的时间间隔来检测各电池单元的端子间电压以及温度，并发送到电池
监视电路4。电池监视电路4判定各电池单元的端子间电压是否在预先设定 的正常电压范围内以及各电池单元的温度是否小于预先设定的限制值。其 结果是，在任何一个电池单元的电压超出正常电压范围的情况下，或者任 何一个电池单元的温度是限制值以上的情况下，从电池监视电路4向电力 变换装置2发送异常检测信号。电力变换装置2当接收异常检测信号时，停止从电池组10向负 载3的电力供给，然后，在预先设定的第1电流值以下从蓄电装置1向负 载3供给电力，由此进行蓄电装置1的放电。
另外，在此情况下，向负载3提供的电力与通常时相比显著降低，所 以根据放电电流可限制负载3的连接数及负载3的运转状态或者使用状 态。另外，在利用电力变换装置2进行上述放电的期间，还检测各 电池单元的端子间电压及温度，并发送至电池监视电路4。当电池单元的 端子间电压的平均值为预先设定的放电停止电压以下时，电池监视电路4 对电力变换装置2输出放电停止信号。电力变换装置2当接收到放电停止 信号时停止放电，并将表示已停止放电的放电结束信号发送给电池监视电 路4。电池监视电路4当从电力变换装置2接收放电结束信号时，使开关 元件5为打开状态，切断蓄电装置1与电力变换装置2的电连接。如以上所说明的那样，根据本实施方式的蓄电系统，在检测出 电池异常的情况下，电力变换装置2进行蓄电装置1的放电，并使蓄电装 置1的电压降低，所以能够使蓄电装置1在安全性高的状态下与电力变换 装置2分离，并且能够在安全性高的电池状态下进行保管。
此外，因为放电电流为第1电流值以下，所以既能够确保安全性又能 够放出在蓄电装置1中积蓄的能量。此外，在本实施方式的蓄电系统中将放电电流的值控制为可确 保安全的值，不过取而代之，可在能确保安全性的电力范围内进行放电。另外取代这个，还可以在不超过预先设定的上限值的范围内，以与负载3 的需求相应的电流值或功率值，从蓄电装置1对负载3提供电力。在此情 况下，电力范围及电流值或功率值的上限值可通过设计来适宜设定。另外，在本实施方式中，当各电池单元的端子间电压的平均值 为规定值(例如，3.1V)以下时，电池监视电路4发送放电停止信号。取而 代之，在多个电池单元中，当最高的端子间电压为规定值(例如，3.IV) 以下时，或者最低的端子间电压为规定值(例如，3.1V)以下时，电池监视 电路4可发送放电停止信号。
另外，当不是电池单元而是蓄电装置1的端子间电压为规定电压(例 如，3.1VX串联数)以下时，电池监视电路4可发送放电停止信号。另外，在本实施方式中，对蓄电装置1具有多个串联连接的电 池单元的情况进行了说明，不过取而代之，蓄电装置1可由1个电池单元 构成。此外，在本实施方式的蓄电系统中，可取代上述负载3，构成为从 蓄电装置1向大地放电。[第2实施方式]
接着，参照图2对本发明第2实施方式的蓄电系统进行说明。
上述第1实施方式的蓄电系统构成为电池组10经由电力变换装置2 与负载3连接，不过本实施方式的蓄电系统构成为，电池组10经由电力 变换装置2与负载3以及商用系统连接。
通过这样的结构，在进行异常时的蓄电装置l放电时，可从商用系统 向负载3提供不足部分的电力。由此，负载3可维持与通常时同样的运转 状态或者使用状态。此外，取代商用系统或者除了商用系统之外，还可以 构成为连接其他蓄电装置的结构。在此情况下，也能够从其他蓄电装置向 负载3提供不足部分的电力。另外在本实施方式中，当检测到电池单元的异常时，将蓄电装 置1的电力提供给负载3，不过取而代之，例如，如图3所示，可以将蓄 电装置1的电力提供给电力变换装置2的内部负载6(例如，风扇，灯，放 电电阻等)。在此情况下，由电力变换装置2的内部负载6来消耗蓄电装置 1的电力。[第3实施方式]接着，参照图4对本发明第3实施方式的蓄电系统进行说明。
本实施方式的蓄电系统与上述第2实施方式的蓄电系统的结构大致相 同，不过从电池监视电路4向电力变换装置2'发送电池单元的温度信息的 点、电力变换装置2'根据该温度信息变更放电电流的点不同。
以下，关于本实施方式的蓄电系统，主要对与上述第2实施方式的蓄 电系统不同的点进行说明。电池监视电路4当检测电池单元的异常时，将异常检测信号和 各电池单元的温度信息输出给电力变换装置2'。
电力变换装置2'在任何一个电池单元的温度在预先设定的第1设定值 (例如，60'C)以上时，以小于第1电流值(例如，额定电流1/10左右的值) 的第2电流值(例如，渐渐縮小为额定的1/20、 1/30、 1/40等，温度降低的 电流)进行放电。这样，通过减小放电电流，可抑制温度上升，且避免电池 单元的温度到达比第1设定值高的温度上限值(例如，80°C)。通过将放电电流设为第2电流值以下，使电池单元的温度渐渐 降低，当全部电池单元的温度为比第1设定值小的值即第2设定值(例如， 5(TC)以下时，电力变换装置2'将放电电流返回到第1电流值进行放电。
另一方面，即使将放电电流控制在第2电流值以下也不能抑制电池单 元的温度上升，当任何一个电池单元的温度到达温度上限值时，电力变换 装置2'停止放电，将放电结束信号发送至电池监视电路4。
电池监视电路4当接收放电结束信号时使开关元件5成为打开状态， 切断电力变换装置2与蓄电装置1之间的电连接。如以上所说明的那样，根据本实施方式的蓄电系统，既监视了 电池单元的温度又控制了放电电流，所以能够进一步提高安全性。此外，在本实施方式中，当任何一个电池单元的温度为第1设 定值以上时，以第2电流值进行放电，不过取而代之，可通过暂时停止放 电来实现电池单元的温度降低。这样，可通过暂时停止蓄电装置1的放电 来有效地抑制电池单元的温度上升。另外，在本实施方式中，在电池单元的温度从第2设定值上升 到第l设定值的期间，以第l电流值来进行放电，不过取而代之，在该期 间内，能够以与负载3相应的电流值来进行放电。这样，在温度从第2设定值上升到第1设定值的期间内，通过以与负载3相应的电流从蓄电装置 1向负载提供电力，可以既确保安全性又有效地进行放电。其结果是，能 够縮短放电所需的时间。[第4实施方式]
接着，参照图5以及图6对本发明第4实施方式的蓄电系统进行说明。 在上述第l实施方式的蓄电系统中，电力变换装置2进行工作，由此 从蓄电装置1向负载3放出了电力，不过在本实施方式中，不是使电力变 换装置2工作，而是使与各电池单元对应设置的单元平衡电路(电压均衡化 电路)7工作，由此进行蓄电装置1的放电。以下，对本实施方式的蓄电系 统进行说明。在本实施方式中，在电池组10'内与各电池单元对应着设置有单 元平衡电路7。图6示出单元平衡电路7的一结构例。如该图所示，单元 平衡电路7具有与电池单元并联连接的电阻11和与电阻11串联连接的开 关元件12作为主要构成要素。
电池监视电路4'当检测电池单元的异常时，通过使开关元件5为打开 状态来切断蓄电装置1和电力变换装置2之间的电连接。接着，电池监视电路4'通过将与全部电池单元对应着设置的单 元平衡电路7的开关元件12置为关闭状态，来使单元平衡电路7工作。 由此，电流从各电池单元流向单元平衡电路7的电阻11进行放电。
电池监视电路4'当以规定的电压电平(例如3.1V沐使各电池单元的端 子间电压均衡化时，通过将单元平衡电路7的开关元件12置为打开状态， 来停止单元平衡电路7的工作。如以上所说明的那样，根据本实施方式的蓄电系统，在检测到 电池单元的异常时，使单元平衡电路7工作进行放电，所以能够放电至所 有电池单元的端子间电压成为相同电平为止。
而且，因为使用与各电池单元对应着普遍设置的现有单元平衡电路7 进行放电，所以无需重新追加构成要素，就能够容易地实现。此外，在上述实施方式中构成为如图6所示的采用了电阻11和 开关元件12的单元平衡电路7，但取而代之，也可以构成为使用了变压器 的单元平衡电路。变压器型的单元平衡电路通过将一电池单元的电力转移给其他电池单元来使电池单元的端子间电压均衡化。此时，在检测到异常 的电池单元的电压高的情况下，通过将其电力转移给电压低的其他正常的 电池单元，可仅降低检测出异常的电池单元的端子间电压。
另外，单元平衡电路7不限于上述结构，还可以适当采用具有取出电 池单元的电力且向其他电池单元转移的效果的公知的单元平衡电路。此 时，优选采用可控制放电电流值的单元平衡电路。通过采用这样的单元平 衡电路，既能够提高安全性又能够进行放电。[第5实施方式〗
接着，参照图7对本发明的第5实施方式进行说明。 关于本实施方式的蓄电系统，在上述第2实施方式的蓄电系统中，采 用图7所示的第4实施方式的蓄电系统的电池组10'来取代电池组10。
在本实施方式的蓄电系统中，例如，在由电池监视电路4'检测出电池 异常的情况下，与上述第2实施方式同样，通过电力变换装置2进行向负 载3的放电。当通过该放电使蓄电装置l的电压成为规定值以下时，从电 池监视电路4'向电力变换装置2发送放电停止信号。电力变换装置2当接 收放电停止信号时，停止蓄电装置l的放电，向电池监视电路4'发送放电 结束信号。电池监视电路4'当接收放电结束信号时，通过将开关元件5置 为打开状态，来切断蓄电装置1和电力变换装置2之间的电连接，然后， 使所有单元平衡电路7工作。由此，使各电池单元的端子间电压均衡化。 当电流不流向所有的单元平衡电路7时，电池监视电路4将单元平衡电路 7内的开关元件12置为打开状态，停止单元平衡电路7的工作。在本实施方式的蓄电系统中，组合基于电力变换装置2进行的 向负载3的蓄电装置1单位的放电和采用了单元平衡电路7的电池单元单 位的放电，由此与上述第4蓄电系统所涉及的蓄电系统相比，能够在短时 间内结束蓄电装置1的放电。
此外，在对负载3进行放电后，可通过进行采用了单元平衡电路7的 放电，来消除电池单元的端子间电压的偏差。此外，与本实施方式相同，可采用图5所示的电池组10'来取代 第1实施方式的蓄电系统的电池组10。此外，针对放电的顺序以及方法与上述相同。
另外，如图8所示，在将各电池单元的温度信息向电力变换装置2'
发送的第3实施方式的蓄电系统中，可采用图5所示的电池组10'来取代 电池组10。
在此情况下，例如，在任何一个电池单元的温度到达上述第1设定值 之前，进行对应于负载3的放电，而不限制放电电流，当任何一个电池单 元的温度到达第1设定值时，使电力变换装置2'的放电停止，而且，将开 关元件5置为打开状态，切断蓄电装置1和电力变换装置2'之间的电连接， 之后可以使单元平衡电路7工作来消除各电池单元的端子间电压的偏差。另外，将上述单元平衡电路7构成为在实现了各电池单元的端 子间电压的均衡化后还可以进行各电池单元的放电。由此，针对温度到达 第1设定值的电池单元以外的电池单元，可继续实施放电。其结果是，关 于温度到达了第1设定值的电池单元以外的电池单元，可将端子间电压设 为希望值以下，从而能够进一步提高安全性。以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细的叙述，但具 体的结构不限于上述实施方式，还包含不脱离本发明主旨的范围的设计变 更等。
权利要求
1.一种蓄电系统，具有蓄电装置；电力变换装置，其设置在上述蓄电装置与负载之间，能够控制从上述蓄电装置向上述负载供给的电力；以及电池监视电路，其检测上述蓄电装置的异常，当通过上述电池监视电路检测出上述蓄电装置异常时，上述电力变换装置在预先设定的电流值或功率值以下、或者未超过预先设定的上限值的范围内，以上述负载所需要的电流值或功率值，将积蓄在上述蓄电装置中的电力提供给上述负载或在内部具有的内部负载。
2. 根据权利要求l所述的蓄电系统，其特征在于， 该蓄电系统具有将上述蓄电装置与上述电力变换装置电连接以及切断的开关部，上述电池监视电路在上述蓄电装置的电压为规定值以下时，使上述开 关部动作，来切断上述蓄电装置与上述电力变换装置之间的电连接。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的蓄电系统，其特征在于，该蓄电系统具有检测上述蓄电装置的温度的温度检测部， 上述电力变换装置根据上述蓄电装置的温度来改变放电的电流值。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电系统，其特征在于， 上述电力变换装置在上述蓄电装置的温度到达温度上限值时停止放电。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电系统，其特征在于， 上述蓄电装置具有串联连接的多个电池单元，在各上述电池单元中分别设置有通过上述电池监视电路进行控制的 电压均衡化电路，上述电池监视电路在通过进行上述电力变换装置的放电来使上述蓄 电装置的电压成为规定值以下时，使各上述电压均衡化电路工作。
6. 根据权利要求4所述的蓄电系统，其特征在于， 上述蓄电装置具有串联连接的多个电池单元，在各上述电池单元中分别设置有通过上述电池监视电路进行控制的 电压均衡化电路，上述电池监视电路在上述电力变换装置停止了放电之后，使各上述电 压均衡化电路工作。
7. —种蓄电系统，具备蓄电装置，其具有串联连接的多个电池单元；电压均衡化电路，其与各上述电池单元对应设置，对电池单元间的单 元电压进行均衡化；以及电池监视电路，其检测各上述电池单元的异常，上述电池监视电路在检测出上述电池单元异常的情况下，至少使与检 测出异常的上述电池单元对应的上述电池均衡化电路工作，在预先设定的 电流值以下，进行检测出异常的电池单元的放电。
8. 根据权利要求7所述的蓄电系统，其特征在于， 该蓄电系统具有检测各上述电池单元的温度的温度检测部， 上述电池监视电路根据上述电池单元的温度来控制放电的电流值。
9. 根据权利要求7或权利要求8所述的蓄电系统，其特征在于， 上述电压均衡化电路是将检测出异常的上述电池单元的能量经由变压器提供给其他正常的电池单元的变压器方式的电路。
全文摘要
本发明以实现安全性的提高为目的。提供一种蓄电系统，其具有蓄电装置(1)；电力变换装置(2)，其设置在蓄电装置(1)与负载(3)之间、并能够控制从蓄电装置(1)向负载(3)供给的电力；以及电池监视电路(4)，其检测蓄电装置(1)的异常，当由电池监视电路(4)检测出蓄电装置(1)异常时，电力变换装置(2)在预先设定的电流值或功率值以下、或者未超过预先设定的上限值的范围内，以负载(3)所需的电流值或功率值，将蓄电装置(1)中积蓄的电力提供给负载(3)或内部具备的内部负载。
文档编号H02J7/00GK101622766SQ20088000641
公开日2010年1月6日 申请日期2008年3月14日 优先权日2007年3月15日
发明者小林克明, 桥崎克雄, 田岛英彦, 西田健彦, 足立和之 申请人:三菱重工业株式会社;九州电力株式会社