控制装置、蓄电装置、蓄电系统以及控制方法与流程

文档序号:13985227
控制装置、蓄电装置、蓄电系统以及控制方法与流程

本发明涉及控制具备蓄电元件的一个以上的蓄电单元的充电或放电的控制装置等。



背景技术:

在具备多个蓄电元件的蓄电装置中,以往公知有将这些多个蓄电元件并联连接的结构(例如参照专利文献1)。该蓄电装置中,在由并联连接的多个蓄电元件形成的多个充电路(充电或放电的电流路径)分别设置有开关。

专利文献1:日本特开2006-246595号公报

然而,上述现有的结构中,在充电或放电开始时等,存在仅有一部分蓄电元件被充电或放电而其它蓄电元件处于与电源或者负载断开的状态的情况。在该情况下,担心过电流流向一部分的蓄电元件而产生不良情况。



技术实现要素:

本发明是为了解决上述问题而完成的,目的是提供一种能够抑制因过电流引起的蓄电单元的不良情况的产生的控制装置等。

为了实现上述目的,本发明的一实施方式的控制装置是控制具备蓄电元件的一个以上的蓄电单元的充电或放电的控制装置,其中,具备:设置于上述一个以上的蓄电单元的各自的充电或放电的电流路径的开关、向上述开关供给控制信号的控制部、以及向上述开关供给外部输入信号的外部输入端子,上述开关分别具有在上述控制信号和上述外部输入信号中的至少一者为将该开关断开的信号的情况下变为断开的断开功能、以及在上述控制信号和上述外部输入信号都是将该开关连通的信号的情况下变为连通的连通功能中的至少一种功能。

根据本发明,可提供能够抑制过电流引起的蓄电单元的不良情况的产生的控制装置等。

附图说明

图1是表示实施方式一的蓄电系统的整体外观图的立体图。

图2是表示实施方式一的蓄电系统的功能结构的框图。

图3是表示将实施方式一的蓄电装置分解的情况下的各结构要素的分解立体图。

图4是表示实施方式一的控制装置的功能结构的框图。

图5是表示实施方式一的控制装置的具体电路结构的一个例子的电路图。

图6A是表示实施方式一的控制装置的动作的流程图。

图6B是表示图6A的输出处理的详细动作的流程图。

图7是示意性表示实施方式一中的停电时的蓄电系统的状态的图。

图8是示意性表示实施方式一中的停电时的蓄电系统的状态的图。

图9是示意性表示实施方式一中的恢复电力时的蓄电系统的状态的图。

图10是示意性表示实施方式一中的恢复电力时的蓄电系统的状态的图。

图11是示意性表示实施方式一中的异常产生时的蓄电系统的状态的图。

图12是表示控制装置的功能结构的变形例的框图。

图13是表示实施方式一的变形例一的蓄电系统的功能结构的框图。

图14是表示实施方式一的变形例一的控制装置的功能结构的框图。

图15是表示实施方式一的变形例一中的各蓄电装置的电源接入时的蓄电装置间的更换的顺序图。

图16是与实施方式一的变形例二的蓄电装置的动作模式有关的状态迁移图。

图17是表示实施方式一的变形例二的控制装置的功能结构的框图。

图18是表示实施方式一的变形例三的蓄电系统的功能结构的框图。

图19是表示实施方式二的蓄电系统的功能结构的框图。

图20是表示实施方式二的控制装置的功能结构的一个例子的框图。

图21是表示实施方式二的控制装置的具体电路结构的一个例子的电路图。

图22是表示实施方式二的FET的特性的一个例子的图表。

图23是表示实施方式二的预充电部的功能结构的一个例子的框图。

图24是表示实施方式二的控制装置的动作的流程图。

图25是示意性表示实施方式二中的预充电前的蓄电系统的状态的图。

图26是表示图24的预充电动作的具体例的流程图。

图27是示意性表示实施方式二中的预充电中的蓄电系统的状态的图。

图28是示意性表示实施方式二中的预充电结束时的蓄电系统的状态的图。

图29是示意性表示实施方式二中的停电时的蓄电系统的状态的图。

图30是示意性表示实施方式二中的停电时的蓄电系统的状态的图。

图31是表示实施方式二的变形例的控制装置的功能结构的一个例子的框图。

图32是表示实施方式二的变形例的控制装置的动作的流程图。

具体实施方式

上述现有的结构中,在充电或放电开始时等,存在仅有一部分的蓄电元件被充电或放电而其它蓄电元件处于与电源或者负载断开的状态的情况。在该情况下,担心过电流流向一部分的蓄电元件而产生不良情况。

本发明是为了解决上述问题而完成的,目的是提供一种能够抑制因过电流引起的蓄电单元的不良情况的产生的控制装置等。

为了实现上述目的,本发明的一实施方式的控制装置是控制具备蓄电元件的一个以上的蓄电单元的充电或放电的控制装置,其中,具备:设置于上述一个以上的蓄电单元的各充电或放电的电流路径的开关、向上述开关供给控制信号的控制部、以及向上述开关供给外部输入信号的外部输入端子,上述开关分别具有在上述控制信号和上述外部输入信号中的至少一者为将该开关断开的信号的情况下变为断开的断开功能、以及在上述控制信号和上述外部输入信号都是将该开关连通的信号的情况下变为连通的连通功能中的至少一种功能。

由此设置于充电或放电的各个电流路径的开关根据外部输入信号同时变为断开,或者根据外部输入信号同时变为连通。因此,全部的蓄电单元同时开始充电或放电或者停止,所以能够减少蓄电单元的不良情况的产生。

另外,上述控制装置也可以控制一个蓄电单元的充电或放电,还具备向设置于其它蓄电单元的上述电流路径的其它开关输出外部输出信号的外部输出端子,在设置于上述一个蓄电单元的上述电流路径的一个开关变为连通的情况下,从上述外部输出端子输出将上述其它开关连通的上述外部输出信号,在上述一个开关变为断开的情况下,从上述外部输出端子输出将上述其它开关断开的上述外部输出信号。

由此,在与一个蓄电单元对应的开关变为断开的情况下,与其它蓄电单元对应的其它开关也联动地断开。或者在与一个蓄电单元对应的开关变为连通的情况下,与其它蓄电单元对应的其它开关也联动地连通。因此,全部的蓄电单元能够联动地充电或放电,所以能够减少蓄电单元的不良情况的产生。即根据本结构,能够根据外部输出信号控制设置于其它蓄电单元的电流路径的其它开关,所以能够简易并且可靠地进行设置现场的安装作业。

另外,也可以在上述一个以上的蓄电单元的任意单元的电压为放电终止电压以下的情况下,输入将上述开关断开的信号作为上述外部输入信号。

由此,在任意蓄电单元的电压为放电终止电压以下的情况下,分别设置于电流路径的开关同时断开。因此,各蓄电单元同时与负载断开,所以能够减少蓄电单元的不良情况的产生。

另外,也可以在与上述一个以上的蓄电单元连接的电力系统恢复电力的情况下,输入将上述开关连通或者断开的信号作为上述外部输入信号。

由此,分别设置于电流路径的开关在恢复电力时同时变为连通或者同时变为断开,所以各蓄电单元同时与电力系统连接,或者同时与电力系统断开。因此,能够减少在恢复电力时的蓄电单元的不良情况的产生。

另外,也可以在上述控制装置的电源接入后允许将上述开关连通的情况下,输入将上述开关连通的信号作为上述外部输入信号。

由此,若在电源接入后允许将开关连通,则分别设置于电流路径的开关同时变为连通,所以各蓄电单元同时与电力系统连接。因此,能够减少在维护时或者初始设定时等的蓄电单元的不良情况的产生。

另外,也可以在上述一个以上的蓄电单元的任意单元为试验模式的情况下,设置于成为上述试验模式的各蓄电单元的上述电流路径的上述开关变为连通。

一般从确保安全性等观点考虑,除了充电时或者放电时,不向收纳蓄电单元的壳体的外部连接端子输出蓄电单元的电压。因此,难以在进行蓄电单元的充电或放电前预先取得蓄电单元的电压。

与此相对,在成为试验模式的蓄电单元中,电流路径的开关变为连通,由此能够在经由该开关连接于蓄电单元的外部连接端子,测定该蓄电单元的电压。

另外,也可以在上述一个以上的蓄电单元的任意单元产生异常的情况下,设置于产生上述异常的各蓄电单元的上述电流路径的上述开关变为断开。

由此,能够将产生异常的蓄电单元与电源或者负载断开。即在一部分蓄电单元产生异常的情况下,其它蓄电单元也能继续充电或放电,实现N+1的冗余设计。

另外,本发明也可以作为具备上述控制装置的移动体来实现。

由此,实现能够抑制因过电流流向蓄电元件引起的不良情况的产生的移动体。

另外,本发明也可以不仅作为上述控制装置,还作为蓄电装置来实现。

即本发明的一实施方式的蓄电装置具有:具备蓄电元件的蓄电单元、设置于上述蓄电单元的充电或放电的电流路径的开关、向上述开关供给控制信号的控制部、以及向上述开关供给外部输入信号的外部输入端子,上述开关具有在上述控制信号和上述外部输入信号中的至少一者是将该开关断开的信号的情况下变为断开的断开功能、以及在上述控制信号和上述外部输入信号都是将该开关连通的信号的情况下变为连通的连通功能中的至少一种功能。

另外,本发明也可以作为具备上述蓄电装置的移动体来实现。

由此,实现能够抑制因过电流流向蓄电元件引起的不良情况的产生的移动体。

另外,本发明的另一实施方式的控制装置是控制具备蓄电元件的蓄电单元的充电或放电的控制装置,其中,具备:设置于上述蓄电单元的充电或放电的电流路径的开关、向上述开关供给控制信号的控制部、向上述开关供给外部输入信号的外部输入端子、以及向具备其它开关的其它控制装置输出外部输出信号的外部输出端子,上述开关在上述控制信号和上述外部输入信号中的至少一者是将该开关断开的信号的情况下变为断开,或者在上述控制信号和上述外部输入信号都是将该开关连通的信号的情况下变为连通,在上述开关连通的情况下,从上述外部输出端子输出将上述其它开关连通的上述外部输出信号,在上述开关断开的情况下,从上述外部输出端子输出将上述其它开关断开的上述外部输出信号。

另外,本发明也可以作为具备这样的控制装置的蓄电装置以及蓄电系统来实现。

即本发明的一实施方式的蓄电装置具备上述控制装置、和利用该控制装置控制充电或放电的蓄电单元。

另外,本发明的一实施方式的蓄电系统是具备多个上述蓄电装置的蓄电系统,多个上述蓄电装置具备的多个上述蓄电单元并联连接,多个上述控制装置被菊花链连接为环状,多个上述控制装置中分别输入有从前段的上述控制装置输出的上述外部输出信号作为上述外部输入信号。

另外,本发明也可以作为具备上述蓄电系统的移动体来实现。

由此,实现能够抑制因过电流流向蓄电元件引起的不良情况的产生的移动体。

另外,本发明也可以作为控制具备蓄电元件的一个以上的蓄电单元的充电或放电的控制方法来实现,在上述一个以上的蓄电单元的各充电或放电的电流路径设置有开关,上述控制方法包含以下步骤:向上述开关供给控制信号的步骤;向上述开关供给外部输入信号的步骤;以及执行在上述控制信号和上述外部输入信号中的至少一者是将上述开关断开的信号的情况下将该开关断开的断开功能、以及在上述控制信号和上述外部输入信号都是将上述开关连通的信号的情况下将该开关连通的连通功能中的至少一种功能的步骤。

另外,具备多个蓄电元件的蓄电装置中,以往公知有将这些多个蓄电元件并联连接的结构(例如参照专利文献2:日本特开2013-240142号公报)。该蓄电装置中,在并联连接的蓄电元件间设置有可选择性连接或者非连接的电阻。

这里,在多个蓄电元件并联连接时存在电流(横流)流向蓄电元件间的情况,特别是在该横流很大的情况下担心产生蓄电元件的恶化等不良情况。

上述现有的结构中,在蓄电元件彼此的电压不均等的情况下,经由蓄电元件间的电阻连接蓄电元件彼此,由此能够实现例如蓄电元件彼此的电压的均匀化(所谓的预充电)。因此,能够抑制在将多个蓄电元件并联连接时的过大的横流。

然而,上述现有的结构中,需要与将蓄电装置连接至负载时的蓄电元件的充电或放电的电流路径并列地另外设置具有例如预充电用的电阻的旁路电路,所以存在结构变复杂的问题。

本发明的一实施方式的控制装置是控制并列设置有多个的蓄电元件(即并列设置有多个的蓄电单元)的充电或放电的控制装置,具备:电流限制部,其设置于上述蓄电元件的充电或放电的电流路径,限制通过的电流;和控制部,其使用根据与上述电流路径的电压不同的信息得到的该电流路径的电流量,控制上述电流限制部以使通过上述电流限制部的电流为规定量以下。

这样,将通过设置于充电或放电的电流路径的电流限制部的电流控制为规定量以下,由此不用与该电流路径并列地设置具有例如预充电用的电阻的旁路电路,就能够抑制过大的横流。因此,能够通过简易的结构抑制在将多个蓄电元件并联连接时过大的横流流动。

另外,上述控制部也可以取得由非接触式的电流传感器得到的上述电流路径的电流量,使用所取得的上述电流路径的电流量控制上述电流限制部。

这样使用非接触式的电流传感器,由此能够抑制在电流路径流动的电流的损失并且取得该电流路径的电流量。因此,能够实现蓄电元件的高输出化。

另外,上述控制部也可以判断上述电流路径的电流量是否超过上述规定量,在超过的情况下,将通过上述电流限制部的电流控制为上述规定量以下。

由此,能够抑制电流限制部的过度的电流限制。因此,实现缩短并联连接的蓄电元件彼此的电压的均匀化所需要的时间(预充电所需要的时间)。

另外,上述控制装置也可以还具备开关,该开关在上述电流路径中与上述电流限制部以串联的方式设置,切换连通和断开。

这样,具备在该电流路径中与电流限制部以串联的方式设置的开关,所以实现过充电保护或者过放电保护的冗余设计。即能够使确保蓄电元件的安全性的结构成为冗余结构。

另外,上述控制部也可以还在上述电流限制部的温度超过规定温度的情况下,将上述开关断开。

这样,在电流限制部的温度超过规定温度的情况下将开关断开,由此例如在电流限制部产生异常的情况下也能够切断横流。因此,能够进一步确保安全性。

另外,上述控制部也可以将通过上述电流限制部的电流控制为上述规定量以下的恒流。

这里,流向并联连接的蓄电元件彼此的横流随着蓄电元件彼此的电压的均匀化而逐渐变小。因此,例如预充电的蓄电元件的电压变化逐渐变缓。与此相对,将通过电流限制部的电流控制为恒流,由此能够将该预充电的蓄电元件的电压变化保持恒定直到预充电结束。因此,实现缩短预充电所需要的时间。

另外,上述电流限制部也可以具有设置于上述电流路径的半导体元件,上述控制部也可以使上述半导体元件在线性区域动作,由此将通过上述电流限制部的电流控制为上述规定量以下。

这样,使半导体元件在线性区域动作,由此将该电流控制为规定量以下,所以不需要设置例如预充电用的专用的电阻。由此,实现结构的简化。

另外,上述半导体元件也可以是FET(Fieldeffecttransistor)。

这样,使用FET作为半导体元件,由此能够通过简易的结构抑制过大的横流。

另外,本发明也可以作为具备上述控制装置的移动体来实现。

由此,实现能够抑制因过电流流向蓄电元件引起的不良情况的产生的移动体。

另外,本发明也可以不仅作为上述控制装置,还作为具备上述控制装置的蓄电装置来实现。

即本发明的一实施方式的蓄电装置具备上述控制装置、和利用该控制装置控制充电或放电的蓄电元件。

另外,本发明也可以作为控制并列设置有多个的蓄电元件(即并列设置有多个的蓄电单元)的充电或放电的控制方法来实现,包含如下步骤:取得根据与上述蓄电元件的充电或放电的电流路径的电压不同的信息得到的该电流路径的电流量的步骤、和使用所取得的上述电流量将通过上述电流路径的电流限制为规定量以下的步骤。

以下参照附图来说明本发明的实施方式的控制充电或放电控制装置。此外,以下说明的实施方式表示本发明的一个具体例。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、结构要素、结构要素的配置位置以及连接形态、步骤以及该顺序等是一个例子,并非限定本发明的意思。另外,以下的实施方式的结构要素中,表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的结构要素作为任意结构要素来说明。另外,各图是用于蓄电装置的说明的图,未必是严格地图示。

另外,以下说明具备分别搭载有控制装置的多个蓄电装置的蓄电系统。此外,以下存在将充电或放电称为“充放电”,将充电的电流路径或者放电的电流路径称为“充放电电流路径”或者简称为“电流路径”的情况。即以下的“充放电”是指充电以及放电的至少一方,“充放电电流路径”或者“电流路径”是指充电电流和放电电流的至少一方的电流路径。

(实施方式一)

首先,使用图1和图2,说明实施方式一的蓄电系统的结构。

图1是表示本实施方式的蓄电系统1000的整体外观图的立体图。图2是表示本实施方式的蓄电系统1000的功能结构的框图。

此外,图1中,将Z轴方向表示为上下方向,下面以Z轴方向为上下方向来说明,但考虑到因使用方式不同而存在Z轴方向不是上下方向的情况,所以Z轴方向不限定于上下方向。例如X轴方向也可以是上下方向。以下的图中也同样。

蓄电系统1000是能够充电来自外部的电以及向外部放电的系统。在本实施方式中,蓄电系统1000连接于电源2000等电力系统以及负载3000,将来自电源2000的电充电,向负载3000放电。蓄电系统1000具备多个蓄电装置1(在本实施方式中为3个蓄电装置1A~1C),例如用于电力储藏用途、电源用途等。具体而言,蓄电系统1000例如用于汽车、两轮摩托车、电车、船舶、AGV(无人输送车)、雪地摩托、农业机械、建筑机械等移动体,例如作为该移动体的发动机启动用电池使用。此外,蓄电装置1的数量如果是两个以上,则数量可以是任意的。

蓄电装置1能够将来自外部的电充电以及向外部放电,例如是蓄电模块。其中,本实施方式的蓄电装置1优选作为固定用的电源装置使用。该蓄电装置1具备蓄电单元40、控制该蓄电单元40的充电或放电的控制装置90。即在本实施方式中,控制装置90控制一个以上的蓄电单元40(在本实施方式中为3个蓄电单元40)中的一个蓄电单元40的充电或放电。换言之,在本实施方式中,针对一个以上的蓄电单元40分别设置有控制装置90。

蓄电单元40是能够充电或放电的电池单元。在本实施方式中,蓄电单元40具备串联连接的一个以上的蓄电元件41。多个蓄电装置1具备的多个蓄电单元40通过电源线3并联连接。

控制装置90具有设置于蓄电单元40的充电或放电的电流路径的开关91,将该开关91连通和断开从而控制蓄电单元40的充放电。多个蓄电装置1具备的多个控制装置90通过RS-232用电缆、RS-485用电缆等通信线2菊花链连接为环状。此外,通信线2的规格没有特别限定,可以是串行通信用的电缆,也可以是并行通信用的电缆。控制装置90的详细功能结构后述。

接下来,使用图3并参照图1来说明蓄电装置1的结构。

图3是表示将本实施方式的蓄电装置1分解的情况下的各结构要素的分解立体图。

如图1和图3所示,蓄电装置1具备由外装体主体100、前壁部200、上壁部300构成的外装体10。另外,如图3所示,蓄电装置1在外装体10的内侧具备底面侧配置部件20、蓄电元件41、端子侧配置部件50、母线60、布线基板70、计测基板81、主电路基板82。

外装体10是构成蓄电装置1的外装体的矩形(箱型)的容器(模块箱)。外装体10将蓄电元件41、基板(布线基板70、计测基板81以及主电路基板82)等配置于规定的位置,保护蓄电元件41、该基板等不受冲击等。外装体10例如由铝、铁等金属等高刚性材料构成。此外,外装体10也可以由聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或者ABS树脂等树脂材料构成。

外装体主体100是构成外装体10的主体的部件,具有矩形的底壁和从该底壁立起设置的3个矩形的侧壁。外装体主体100具有将板状的部件折弯的形状。另外,前壁部200是构成外装体10的另一个侧壁的矩形板状的部件。即利用外装体主体100和前壁部200形成有底矩形筒状的部件。在前壁部200设置有蓄电装置1的外部连接端子201(端子台)。此外,在前壁部200的外表面设置有把手。由此,能够容易进行蓄电装置1的取下、移动(携带)等。

上壁部300是构成外装体10的上壁(盖)的部件,是将由外装体主体100和前壁部200构成的有底矩形筒状的部件的开口盖住的矩形板状的部件。即在外装体主体100和前壁部200的内侧配置有蓄电元件41、基板(布线基板70、计测基板81以及主电路基板82)等的状态下,上壁部300将该开口部封闭。

底面侧配置部件20是配置于蓄电元件41的底面侧的扁平的矩形部件,从下方支承蓄电元件41。即底面侧配置部件20载置于外装体主体100的底壁并安装固定于该底壁,将蓄电元件41相对于外装体10支承在规定位置。

具体而言,底面侧配置部件20由绝缘性的材料构成,向形成于上表面的凹部插入蓄电元件41,将蓄电元件41固定在外装体10内。这样,底面侧配置部件20避免蓄电元件41与外装体10等导电性的部件接触,并且保护蓄电元件41等不受振动、冲击等。

此外,底面侧配置部件20可以由任意绝缘性的材料形成,优选由例如利用玻璃纤维强化后的聚对苯二甲酸丁二醇酯(GF强化PBT)、聚苯硫醚(PPS)等高耐热性的树脂形成。由此,即使在蓄电元件41发热的情况下,也能够抑制底面侧配置部件20损伤而影响其它蓄电元件41。此外,只要能够确保蓄电元件41的绝缘性,底面侧配置部件20也可以不由绝缘性的材料形成。

蓄电元件41是能够充电和放电的二次电池(单电池),更具体而言,是锂离子二次电池等非水电解质二次电池。在本实施方式中,在外装体10内收纳有13个蓄电元件41,但也可以在空的空间追加另一个蓄电元件41,成为收纳有14个蓄电元件41的结构。或者蓄电元件41的个数也可以是上述以外的多个,也可以是仅收纳有一个蓄电元件41的结构。另外,蓄电元件41不限定于非水电解质二次电池,也可以是非水电解质二次电池以外的二次电池,也可以是电容器。

端子侧配置部件50是配置于蓄电元件41的电极端子侧的扁平的矩形部件,从上方支承蓄电元件41。即端子侧配置部件50配置于蓄电元件41的上方,与底面侧配置部件20一起从上下两侧(Z轴方向)夹住蓄电元件41,将蓄电元件41相对于外装体10支承在规定位置。

具体而言,端子侧配置部件50由绝缘性的材料构成,向形成于下表面的凹部插入蓄电元件41,将蓄电元件41固定在外装体10内。这样,端子侧配置部件50避免蓄电元件41与外装体10等导电性的部件接触,并且保护蓄电元件41等不受振动、冲击等。

另外,在端子侧配置部件50载置母线60和布线基板70。即端子侧配置部件50具有在将母线60和布线基板70安装于蓄电元件41时相对于蓄电元件41定位的功能。此外,端子侧配置部件50可以由任意绝缘性的材料形成,但考虑到成本方面等,优选例如由聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)或者ABS树脂等树脂形成。此外,只要能够确保蓄电元件41、母线60等的绝缘性,端子侧配置部件50也可以不由绝缘性的材料形成。

母线60配置于端子侧配置部件50的上方,是将多个蓄电元件41彼此电连接的金属等导电性的板状部件。具体而言,母线60将邻接的蓄电元件41中的一个蓄电元件41的正极端子或者负极端子、与其它蓄电元件41的负极端子或者正极端子连接。在本实施方式中,母线60将13个蓄电元件41串联连接。这样,通过母线60串联连接的一个以上的蓄电元件41(在本实施方式中为13个蓄电元件41)构成了蓄电单元40。

布线基板70配置于端子侧配置部件50的上方。另外,为了检测蓄电元件41的电压,布线基板70具有一端与蓄电装置1所具备的蓄电元件41中的至少一个蓄电元件41的电极端子(在本实施方式中为全部的蓄电元件41的正极端子)连接的布线。另外,布线基板70为矩形,配置在蓄电元件41的正极端子与负极端子之间。在本实施方式中,配置有2张布线基板70,但布线基板70的张数没有限定。另外,也可以使用线束等代替布线基板70,但使用布线基板70连接电极端子和计测基板81,由此容易进行布线的布绕,组装性提高。此外,布线基板70也可以具有安装了热敏电阻从而能够检测蓄电元件41的温度的结构。

计测基板81和主电路基板82是构成上述控制装置90的电路基板。计测基板81和主电路基板82配置在蓄电元件41与外装体10的侧壁之间,并且与蓄电装置1所具备的蓄电元件41中的至少一个蓄电元件41连接,计测和控制蓄电元件41的状态。

具体而言,主电路基板82是安装有用于大电流流通的主电路部件的基板,在与蓄电元件41的容器的短侧面对置的外装体10的侧壁的内表面固定。在主电路基板82搭载上述开关91,在本实施方式中,上述开关91与形成蓄电单元40的充放电电流路径的正的电源线61和负的电源线62中的负的电源线62连接。这里,正的电源线61是与一方的端部的蓄电元件41的正极端子电连接的电源线,负的电源线62是与另一方的端部的蓄电元件41的负极端子连接的电源线。

另外,计测基板81是安装有用于小电流流通的周边电路部件的基板,在与蓄电元件41的容器的长侧面对置的外装体10的侧壁的内表面固定。该计测基板81经由布线基板70连接于蓄电元件41,并且与主电路基板82及外部机器连接。在计测基板81设置有外部输入端子83和外部输出端子84。

外部输入端子83是向开关91供给外部输入信号的连接器。在本实施方式中,在3个蓄电单元40的任意单元的电压在放电终止电压以下的情况下,将开关91断开的信号作为外部输入信号,向外部输入端子83输入。另外,在与3个蓄电单元40连接的电力系统(在本实施方式中为电源2000)恢复电力的情况下,将开关91连通的信号作为外部输入信号,向外部输入端子83输入。

外部输出端子84是向具备其它开关91的其它控制装置90输出外部输出信号的连接器。在一个开关91(自身的控制装置90的开关91)变为连通的情况下,从该外部输出端子84输出将其它开关91(其它控制装置90的开关91)连通的外部输出信号,在该一个开关91变为断开的情况下,从该外部输出端子84输出将其它开关91断开的外部输出信号。

在本实施方式中,在一个蓄电单元40(与自身的控制装置90对应的蓄电单元40)的电压在放电终止电压以下的情况下,从外部输出端子84输出将其它开关91断开的外部输出信号。另外,在与蓄电单元40连接的电源2000恢复电力的情况下,从外部输出端子84输出将其它开关91连通的外部输出信号。另外,在蓄电单元40产生异常的情况下,从外部输出端子84输出将其它开关91连通的外部输出信号。

外部输入端子83和外部输出端子84经由将多个蓄电装置1的多个控制装置90菊花链连接为环状的通信线2,连接于其它蓄电装置1的外部输入端子83以及外部输出端子84。具体而言,一个蓄电装置1的外部输入端子83经由通信线2,连接于前段的蓄电装置1的外部输出端子84。另外,一个蓄电装置1的外部输出端子84经由通信线2,连接于后段的蓄电装置1的外部输入端子83。

因此,从前段的控制装置90输出的外部输出信号被作为外部输入信号向各控制装置90输入。

接下来,说明控制装置90的详细结构。

图4是表示本实施方式的控制装置90的功能结构的框图。图5是表示本实施方式的控制装置90的具体电路结构的一个例子的电路图。此外,图4和图5也一起图示出了蓄电单元40。

控制装置90是控制具备蓄电元件41的蓄电单元40的充放电的装置。如图4所示,控制装置90具备开关91、控制部92、外部输入端子83、外部输出端子84。另外,如图5所示,在本实施方式中,控制装置90还具备确保与用于大电流流通的主电路部件侧间的绝缘性并且传递信号的光电耦合器931~936、使光电耦合器933~936的发光二极管发光的晶体管941~944。

开关91是蓄电单元40的充放电电流路径,在经由外部连接端子201连接于电源线3的电源线62上设置。该开关91具有在控制信号和外部输入信号中的至少一者是将该开关91断开的信号的情况下变为断开的断开功能、以及在控制信号和外部输入信号都是将该开关91连通的信号的情况下变为连通的连通功能中的至少一种功能(在本实施方式中为具有两种功能)。该断开功能和连通功能例如通过图5所示的开关91周边的电路结构实现。另外,在本实施方式中,在3个蓄电单元40的任意单元产生异常的情况下,在产生异常的各蓄电单元40的充电或放电的电流路径上设置的开关91变为断开。

以下存在将使开关91连通的信号称为连通信号,使开关91断开的信号称为断开信号的情况。

如图5所示,开关91具备例如以串联的方式插入电源线62的开关911~913。因此,在开关911~913的至少一个断开的情况下,开关91变为断开,在开关911~913全部连通的情况下,开关91变为连通。

开关911~913分别由例如相应于供给至门电路的电压而通断的FET(Fieldeffecttransistor:场效应晶体管)、以及与该FET并联连接的二极管构成。

开关911是在控制信号、外部输入信号以及放电信号中的至少一者是断开信号的情况下变为断开,而在控制信号、外部输入信号以及放电信号都是连通信号的情况下变为连通的放电开关。具体而言,开关911具有n型的FET911a、和在该FET911a的源极-漏极间相对于放电电流反向连接的二极管911b。

开关912是在控制信号、外部输入信号以及充电信号中的至少一者是断开信号的情况下变为断开,而在控制信号、外部输入信号以及充电信号都是连通信号的情况下变为连通的充电开关。具体而言,开关912具有n型的FET912a、和在该FET912a的源极-漏极间相对于充电电流反向连接的二极管912b。

开关913是在充电信号是断开信号的情况下变为断开,而在充电信号是连通信号的情况下变为连通的充电开关。开关913结构与开关912相同,是具有n型的FET913a和二极管913b的充电开关。

在本实施方式中,充电开关(开关912、913)设置得比放电开关(开关911)冗余。一般从确保安全性的观点考虑,蓄电装置中抑制蓄电元件的过充电很重要。因此,将充电开关设置得冗余,由此能够抑制蓄电元件41的过充电。此外,也可以不将充电开关设置得冗余,也可以将充电开关和放电开关设置为一体。另外,放电开关和充电开关也可以分别由一个FET构成,也可以由并联连接的多个FET(例如5个FET)构成。

此外,开关91只要能够切断充电电流和放电电流即可,也可以不由n型的FET构成。例如开关91可以由p型的FET构成,可以由根据电流而通断的双极型晶体管构成,也可以由继电器触点或者MCCB(MoldedCaseCircuitBreaker:布线用断路器)构成。但是,从减少通常的充放电时的控制部92等的消耗电力的观点考虑,开关91优选为在低电压的情况下连通的结构。

这里,在本实施方式中,蓄电单元40的正极侧接地,开关91在与蓄电单元40连接的正的电源线61和负的电源线62中的负的电源线62上设置。因此,本实施方式的蓄电系统1000作为正极侧接地使用的移动体通信用的基站等通信用的蓄电系统很有用。此外,开关91只要设置于蓄电单元40的充放电电流路径即可,也可以设置于正的电源线61。

控制部92向开关91供给控制信号。在本实施方式中,如图5所示,控制部92向开关911~913供给控制信号、放电信号以及充电信号。控制部92是其至少一部分具备例如保持控制程序的ROM(ReadOnlyMemory)等存储器、和执行该控制程序的处理器的CPU(CentralProcessingUnit)等单片微型计算机。

在本实施方式中,如图4所示,控制部92具备终止电压判定部191、恢复电力判定部192、异常判定部193。

控制部92在通过终止电压判定部191判定蓄电单元40的电压在放电终止电压以下的情况下,输出将开关91断开的控制信号。在本实施方式中,在该情况下,控制部92使控制信号、放电信号以及充电信号分别成为断开信号,由此光电耦合器931~936的发光二极管发光而电流流通,由此开关911~913变为断开。另外,在该情况下,从外部输出端子84输出的外部输出信号为断开信号。

另外,控制部92在通过恢复电力判定部192判定与蓄电单元40连接的电力系统恢复电力的情况下,输出将开关91连通的控制信号。在本实施方式中,在该情况下,控制部92使控制信号、放电信号以及充电信号分别成为连通信号,由此光电耦合器933~936的发光二极管发光而电流流通,所以开关913变为连通。另外,在该情况下,若外部输入信号为连通信号,则光电耦合器931、932的发光二极管发光而电流流通,所以开关911、912也变为连通,从外部输出端子84输出的外部输出信号也成为连通信号。另一方面,在该情况下,若外部输入信号为断开信号,则光电耦合器931、932的发光二极管不发光,所以开关911、912变为断开,从外部输出端子84输出的外部输出信号也成为断开信号。

另外,控制部92在通过异常判定部193判定蓄电单元40产生异常的情况下,输出将开关91断开的控制信号。在本实施方式中,在该情况下,控制部92使控制信号成为连通信号并且使放电信号和充电信号分别成为断开信号,由此光电耦合器933~934的发光二极管不发光,所以开关911~913都变为断开。另外,在该情况下,外部输出信号仅取决于控制信号和外部输入信号中的外部输入信号。即若外部输入信号为断开信号,则外部输出信号也变为断开信号,若外部输入信号为连通信号,则外部输出信号也变为连通信号。

终止电压判定部191判定蓄电单元40的电压是否在放电终止电压以下。这里,放电终止电压是指能够安全地进行放电的蓄电单元40的最小电压。终止电压判定部191例如经由布线基板70检测蓄电元件41的电压,由此测定蓄电单元40的电压。此外,测定蓄电单元40的电压的方法没有特别限定,也可以测定外部连接端子201的电压。

恢复电力判定部192判定与蓄电单元40连接的电力系统是否恢复了电力。恢复电力判定部192例如测定外部连接端子201的电压,在测定出的电压为规定的电压以上的情况下,判定电力系统恢复了电力。此外,判定恢复电力的方法没有特别限定,也可以通过检测设置于系统的MCCB的切断和开放来判定。

异常判定部193判定蓄电单元40是否产生异常。这里,蓄电单元40产生的异常是指例如过负载或者短路等引起的过电流、蓄电元件41的允许温度以上的发热等。异常判定部193使用例如设置于电源线62的霍尔元件(未图示)检测流过电源线62的电流量,在检测出的电流量为规定量以上的情况下,判定蓄电单元40产生了异常。另外,异常判定部193使用例如安装于布线基板70的热敏电阻(未图示)检测蓄电元件41的温度,在检测出的温度为规定温度以上的情况下,判定蓄电单元40产生了异常。

接下来,使用图6A和图6B说明本实施方式的控制装置90的动作。图6A是表示本实施方式的控制装置90的动作的流程图。图6B是表示图6A的步骤S30的详细动作的流程图。

如图6A所示,首先,向开关91供给控制信号(S10)。在本实施方式中,控制部92向开关91供给控制信号、放电信号、充电信号。

然后,向开关91供给外部输入信号(S20)。在本实施方式中,经由通信线2连接于前段的蓄电装置1的外部输出端子84的外部输入端子83向开关91供给外部输入信号。

然后,执行将开关91断开的断开功能和将开关91连通的连通功能中的至少一者(S30)。具体而言,如图6B所示,步骤S30中,在控制信号和外部输入信号中的至少一者是将该开关91断开的信号的情况下(S31中“至少一者是断开信号”的情况下),执行将开关91断开的断开功能(S32)。此时,从外部输出端子84输出断开信号作为外部输出信号。另一方面,在控制信号和外部输入信号都是将该开关91连通的信号的情况下(S31中“都是连通信号”的情况下),执行将开关91连通的连通功能(S33)。此时,从外部输出端子84输出连通信号作为外部输出信号。

以下,使用图7~图11阐述具体例来说明本实施方式的蓄电系统1000中的各蓄电装置1的控制装置90起到的效果。此外,上述图中,为了容易直观理解充电电流和放电电流,将控制装置90设置于蓄电单元40的正的电源线61来说明。因此,上述图中,与图5相比,充电电流和放电电流的流动方向为相反方向。

首先,说明电源2000(电源系统)停电时,蓄电系统1000起到的效果。

图7和图8是示意性表示在本实施方式中停电时的蓄电系统1000的状态的图。

如图7所示,若电源2000停电,则蓄电系统1000向负载3000供电。即蓄电系统1000在电源2000停电时进行电力的备用。此时,多个蓄电装置1各自的开关91是连通的,所以放电电流从并联连接的多个蓄电单元40的每一个流向负载3000。

然后,若继续向负载3000供电,则如图8所示,出现蓄电单元40的电压为放电终止电压以下的蓄电装置1(这里为蓄电装置1B)。此时,该蓄电装置1B的控制装置90中,开关91断开,并且输出断开信号作为外部输出信号。

由此,被输入从蓄电装置1B的控制装置90输出的外部输出信号作为外部输入信号的蓄电装置1C的控制装置90中,开关91变为断开。并且,蓄电装置1C的控制装置90中,输出断开信号作为外部输出信号。

由此,被输入从蓄电装置1C输出的外部输出信号的蓄电装置1A中,开关91也变为断开,输出断开信号作为外部输出信号。

因此,本实施方式的蓄电系统1000中,多个蓄电装置1中如果有一个蓄电单元40的电压为放电终止电压以下的蓄电装置1,则来自全部的蓄电装置1的蓄电单元40的放电电流联动地停止。

这里,多个蓄电单元40的电压为放电终止电压以下的时刻由于蓄电单元40的容量的偏差等的影响,会成为互不相同的时刻。因此,来自多个蓄电单元40的放电电流不是联动地停止,而是在各蓄电单元40的电压为放电电流以下的独立的时刻停止,在此情况下担心产生如下的问题。

即来自各蓄电单元40的放电电流在独立的时刻停止的情况下,放电电流从小容量的蓄电单元40依次停止。这里,向负载3000供给的电流优选恒定,所以随着放电电流停止的蓄电单元40的增加,与该蓄电单元40并联连接的其它蓄电单元40的电流分担变大。即来自其它蓄电单元40的放电电流的电流量增加。

因此,多个蓄电单元40中的变为放电终止电压以下的时刻最晚的蓄电单元40中,会流过与其它蓄电单元40所供给的放电电流的合计量相当的非常大的电流(过电流),担心产生因过电流引起的不良情况。

例如在10个蓄电单元并联连接的蓄电系统中,当在额定时间每一并联结构流过40A的放电电流的情况下,会在降至放电终止电压以下的时刻最晚的蓄电单元中,流过超过蓄电单元中可允许的最大电流(例如80A)的400A的放电电流(过电流)。

与此相对,根据本实施方式,如果存在蓄电单元40的电压为放电终止电压以下的蓄电装置1,则来自全部的蓄电装置1的放电电流联动地停止,所以能够减少过电流引起的不良情况的产生。

另外,本实施方式的控制装置90中,从外部输入端子83供给的外部输入信号不是输入至控制部92等,而是成为用于将开关91连通和断开的信号。由此,从外部输入信号由连通信号向断开信号的切换开始到开关91由连通切换为断开所需要的时间非常短(例如数十μS左右)。此外,从断开切换为连通时也同样。

具体而言,例如在外部输入信号输入至CPU等,在计算机上进行了某些处理后作为用于将开关91连通和断开的信号而供给的情况下,从外部输入信号的切换开始到开关91的切换所需要的时间是较长的时间(例如数十mS)。

与此相对,在本实施方式中,外部输入信号不在计算机上进行处理而成为将开关91连通和断开的信号,所以能够使从外部输入信号的切换开始到开关91的切换所需要的时间非常短。因此,实现过电流可流通的时间的大幅度缩短。因此,能够大幅度减少过电流引起的不良情况的产生。

接下来,说明在电源2000(电源系统)的恢复电力时蓄电系统1000起到的效果。

图9和图10是示意性表示在本实施方式中恢复电力时的蓄电系统1000的状态的图。

首先,在恢复电力前的状态下,多个蓄电装置1的各开关91为断开。然后,如图9所示,若电源2000从停电恢复电力,则出现被控制装置90判定为恢复电力的蓄电装置1(这里为蓄电装置1C)。这里,该蓄电装置1C中,从蓄电装置1B输出的外部输出信号作为外部输入信号被输入,该外部输出信号为断开信号。因此,在检测出恢复电力的蓄电装置1C中,开关91也保持为断开。

然后,如图10所示,若其它蓄电装置(这里为蓄电装置1A、1B)全部的控制装置90判定恢复电力,则从全部的蓄电装置1分别输出的外部输出信号成为连通信号,由此全部的蓄电装置1的开关91变为连通。

这样,本实施方式的蓄电系统1000中,在恢复电力时,全部的蓄电装置1的蓄电单元40联动地开始充电电流的供给。

这里,对于多个蓄电单元40而言,判定为连接的电力系统恢复电力的时刻由于构成蓄电装置1的模拟元件的特性的偏差等的影响而会成为互不相同的时刻。因此,在对多个蓄电单元40的充电电流的供给不是联动地开始,而是在判定为与各蓄电单元40连接的电力系统恢复电力的独立的时刻开始,在该情况下,担心产生如下的问题。

即在对各蓄电单元40的充电电流的供给在独立的时刻开始的情况下,多个蓄电单元40之中被判定为恢复电力的时刻最早的蓄电单元40中,会流过相当于应向其它蓄电单元40供给的充电电流的合计量的非常大的电流(过电流),担心产生过电流引起的不良情况。

与此相对,根据本实施方式,在全部的蓄电装置1判定为恢复电力之前停止充电电流的供给,在全部的蓄电装置1判定为恢复电力后,联动地开始充电电流的供给。因此,能够减少过电流引起的不良情况的产生。

接下来,说明蓄电装置1的异常产生时蓄电系统1000起到的效果。此外,以下说明在电源2000的停电时蓄电装置1A中产生异常的情况,但在电源2000没有停电时产生异常的情况下,或者其它蓄电装置1中产生异常的情况下,也起到相同的效果。

图11是示意性表示本实施方式中异常产生时的蓄电系统1000的状态的图。

在通过控制装置90判定为产生异常的蓄电装置1(这里蓄电装置1A)中,开关91变为断开,外部输出信号为连通信号。因此,在从蓄电装置1A输出的外部输出信号被作为外部输入信号而输入的蓄电装置1B中,开关91维持连通不动,外部输出信号也维持连通信号不变。因此,蓄电装置1A以外的蓄电装置1B、1C中,开关91维持连通不动。因此,能够仅使产生异常的蓄电单元40停止放电电流。

这样,本实施方式的蓄电系统1000中,能够将产生异常的蓄电单元40切断与负载3000的连接并且由其它蓄电单元40继续放电。

如上所述,在本实施方式中,设置于蓄电单元40的充电或放电的电流路径(在本实施方式中为负的电源线62)的开关91具有在控制信号和外部输入信号中的至少一者为将该开关91断开的信号的情况下变为断开的断开功能、以及在控制信号和外部输入信号都是将该开关91连通的信号的情况下变为连通的连通功能中的至少一种功能(在本实施方式中具有两种功能)。

由此分别设置于充电或放电的电流路径的开关91根据外部输入信号而同时断开,或者根据外部输入信号而同时连通。因此,全部的蓄电单元40同时开始充电或放电或者停止,所以能够减少蓄电单元40的不良情况的产生。

另外,在本实施方式中,控制装置90控制一个蓄电单元40的充电或放电,在开关91连通的情况下从外部输出端子84输出将其它控制装置90的开关91连通的外部输出信号,在开关91断开的情况下从外部输出端子84输出将其它控制装置90的开关91断开的外部输出信号。

由此,在与一个蓄电单元40对应的开关91变为断开的情况下,与其它蓄电单元40对应的其它开关91也联动地断开。或者在与一个蓄电单元40对应的开关91变为连通的情况下,与其它蓄电单元40对应的其它开关91也联动地连通。因此,全部的蓄电单元40能够联动地充电或放电,所以能够减少蓄电单元40的不良情况的产生。即根据本结构,能够通过外部输出信号控制设置于其它蓄电单元40的充电或放电的电流路径的其它开关91,能够简易并可靠地进行设置现场的安装作业。

具体而言,根据本实施方式,在一个以上的蓄电单元40的任意单元的电压为放电终止电压以下的情况下,将开关91断开的信号作为外部输入信号被输入。由此,在任意单元的蓄电单元40的电压为放电终止电压以下的情况下,分别设置于充电或放电的电流路径的开关91同时变为断开。因此,各蓄电单元40同时被切断与负载3000的连接,所以能够减少蓄电单元40的不良情况的产生。

另外,根据本实施方式,在与一个以上的蓄电单元40连接的电力系统(在本实施方式中为电源2000)恢复电力的情况下,将开关91连通的信号作为外部输入信号被输入。由此,分别设置于充电或放电的电流路径的开关91在恢复电力时同时变为连通,所以各蓄电单元40同时与电力系统连接。因此,能够减少恢复电力时的蓄电单元40的不良情况的产生。

此外,在该电力系统恢复电力的情况下,也可以是将开关91断开的信号作为外部输入信号被输入。由此,分别设置于充电或放电的电流路径的开关91在恢复电力时同时变为断开,所以各蓄电单元40同时被切断与电力系统的连接。因此,能够减少经过了短时间的停电后的恢复电力时可能产生的蓄电单元40的过充电等不良情况的产生。

另外,根据本实施方式,设置于产生异常的蓄电单元40的充电或放电的电流路径的开关91变为断开。由此,将产生异常的蓄电单元40切断与电源2000或者负载3000的连接,并且其它全部的蓄电单元40同时开始充电或放电或者停止,所以能够减少蓄电单元40的不良情况的产生。即在一部分的蓄电单元40产生异常的情况下,其它蓄电单元40也会继续充放电,实现N+1的冗余设计。

另外,在本实施方式中,多个蓄电装置1分别具备控制装置90、和被控制装置90控制充电或放电的蓄电单元40。各控制装置90构成如下。即控制装置90具备设置于蓄电单元40的充电或放电的电流路径的开关91、向开关91供给控制信号的控制部92、向开关91供给外部输入信号的外部输入端子83、以及向具有其它开关91的其它控制装置90输出外部输出信号的外部输出端子84。这里,开关91在控制信号和外部输入信号中的至少一者为将该开关91断开的信号的情况下变为断开,或者在控制信号和外部输入信号都是将该开关91连通的信号的情况下变为连通。另外,在开关91连通的情况下,从外部输出端子84输出将其它开关91连通的外部输出信号,在开关91断开的情况下,从外部输出端子84输出将其它开关91断开的外部输出信号。

这里,在本实施方式中,多个蓄电装置1具备的多个蓄电单元40被并联连接。另外,多个控制装置90菊花链连接为环状,从前段的控制装置90输出的外部输出信号被作为外部输入信号输入至该多个控制装置90的各个装置。

由此在多个控制装置90的任意单元的开关91变为断开的情况下,其它控制装置90的开关91也联动地断开。或者在多个控制装置90的任意单元的开关91变为连通的情况下,其它控制装置90的开关91也联动地连通。因此,全部的蓄电单元40能够开始联动地充电或放电或者停止,能够减少蓄电单元40的不良情况的产生。

(控制装置的变形例)

此外,实施方式一中说明的控制装置90的结构为一个例子,也可以是与图4和图5不同的结构。因此,以下说明控制装置的变形例。

图12是表示本变形例的控制装置190的功能结构的框图。此外,该图中,也一起图示出了蓄电单元40,并图示出本变形例的蓄电装置101。

与实施方式一的控制装置90相比,该图所示的控制装置190还具备驱动部93。

驱动部93被输入控制信号和外部输入信号,根据控制信号和外部输入信号将开关91断开以及连通。例如驱动部93具有被输入控制信号和外部输入信号的NOR门电路等逻辑IC、被输入该逻辑IC的输出的光电耦合器。

在这样构成的控制装置190中,也能起到与上述实施方式一相同的效果。并且,根据本变形例,在控制信号和外部输入信号的驱动能力小的情况下,也能够将开关91连通和断开。

例如在驱动部93具有逻辑IC的情况下,逻辑IC利用供给的电源,能够输出具有比控制信号和外部输入信号的驱动能力大的驱动能力的信号。因此,能够利用驱动能力大的信号使光电耦合器的发光二极管发光,所以能够可靠地进行由FET等构成的开关91的连通和断开。

因此,根据本变形例,作为控制部92,不使用驱动能力高的高价CPU等就能够减少蓄电单元40的不良情况的产生。

此外,驱动部93不限定于这样的结构,例如也可以是使用在缓存器等中使用的IC的结构,也可以是使用在电平转换器等中使用的IC的结构。另外,驱动部93只要确保与大电流流动的主电路部件侧间的绝缘性即可,也可以没有光电耦合器。

(实施方式一的变形例一)

上述实施方式一中说明的多个蓄电装置1的开关91联动地连通和断开的结构也适用于减少控制装置在电源接入时的过电流的产生的结构。因此,本变形例中,说明能够减少电源接入时的过电流的产生的蓄电系统。

图13是表示本变形例的蓄电系统1002的功能结构的框图。如该图所示,与实施方式一的蓄电系统1000相比,本变形例的蓄电系统1002具备蓄电装置102(蓄电装置102A~102C),该蓄电装置102具有控制装置290代替控制装置90。

本变形例中,将多个蓄电装置102中任意一个蓄电装置102(这里为蓄电装置102A)作为将多个蓄电装置1的开关91联动地连通的主机电池(主电池)。另外,将其它蓄电装置102(这里为蓄电装置102B、102C)作为根据主机电池的控制使开关91连通的目标电池(副电池)。

图14是表示本变形例的控制装置290的功能结构的框图。此外,该图中,也一起图示出了蓄电单元40,并图示出本变形例的蓄电装置102。

本变形例的控制装置290在蓄电单元40的电源接入后将开关91连通被允许的情况下,将后述的待机结束信号输出至后段的蓄电装置102。与控制装置90相比,控制装置290具备控制部292代替控制部92。另外,本变形例中,控制装置290被输入表示蓄电装置102是否是主机电池的主机信号,从前段的蓄电装置102经由通信线2和外部输入端子83输入待机结束信号。另外,本变形例中,控制装置290还经由外部输出端子84和通信线2,向后段的蓄电装置102输出待机结束信号。

主机信号例如通过将外部输入端子83的规定的引脚间短路或者开放来切换。具体而言,在主机电池中,将外部输入端子83的规定的引脚间短路的专用的连接器安装于外部输入端子83,在目标电池中,不将该规定的引脚间短路的通常的连接器安装于外部输入端子83。

与实施方式一的控制部92相比,控制部292具备待机判定部293代替终止电压判定部191、恢复电力判定部192以及异常判定部193。控制部292在通过待机判定部293判定待机结束的情况下,将控制信号变为连通。

待机判定部293判定在控制装置290的电源接入后待机是否结束,在判定为待机结束的情况下,输出待机结束信号。具体而言,主机电池的待机判定部293在自身的控制装置290的电源接入后进行自我诊断,在根据自我诊断是“无异常”的情况下,判定为待机结束并向后段的蓄电装置102输出待机结束信号。另一方面,目标电池的待机判定部293也与主机电池的待机判定部293相同,判定待机的结束。但是,在目标电池的待机判定部293判定为待机结束,并且从前段的蓄电装置102输入待机结束信号的情况下,向后段的蓄电装置102输出待机结束信号。

这里,自我诊断例如是通过因自身的蓄电装置102的电源开关(未图示)连通而起动的内部的BMU(BatteryManagementUnit)执行的有无异常判定等的诊断。

另外,在主机电池中,在控制装置290的电源接入后允许将开关91连通的情况下,将开关91连通的信号作为外部输入信号被输入。即主机电池的外部输出端子84在蓄电单元40的电源接入后允许将开关91连通的情况下,输出将其他(后段)的控制装置290的开关91连通的外部输出信号。这里,“允许将开关91连通”是指通过自身的待机判定部293判定为待机结束,并且从其他(前段)的蓄电装置102输入待机结束信号。

即主机电池在通过自身的待机判定部293判定为待机结束,并且从前段的蓄电装置102输入待机结束信号的情况下,不管外部输入信号如何,都输出连通信号的外部输出信号。

图15是表示本变形例中,各蓄电装置102的电源接入时的蓄电装置102间的更换的顺序图。这样的更换例如在蓄电系统1002的安装时等进行。此外,以下说明按照蓄电装置102B、蓄电装置102A以及蓄电装置102C的顺序接入电源的例子,但接入电源的顺序并不局限于此,可以是任何顺序,也可以两个以上的蓄电装置102的电源同时接入。

首先,在电源接入前的状态下,多个蓄电装置102各自的开关91为断开。

如该图所示,蓄电装置102B中,例如若用户通过按压电源按钮来接入电源(S201),则进行自我诊断(S202),若判定为待机结束则控制信号变为连通信号。其中,蓄电装置102B中,从蓄电装置102A输出的外部输出信号作为外部输入信号被输入,该外部输出信号为断开信号。因此,蓄电装置1B中,开关91保持断开。

然后,蓄电装置102A中,若电源接入(S211),则进行自我诊断(S212),若判定为待机结束则控制信号变为连通信号。但是,蓄电装置102A中,从蓄电装置102C输出的外部输出信号作为外部输入信号被输入,该外部输出信号为断开信号。因此,蓄电装置102A中,开关91维持断开不动。

这里,蓄电装置102A为主机电池,所以若判定为待机结束,则向后段的蓄电装置102B输出待机结束信号(S213)。在被输入待机结束信号的蓄电装置102B中,已经判定待机的结束,待机结束信号从前段的蓄电装置102A输入,所以向后段的蓄电装置102C输出待机结束信号(S214)。

然后,蓄电装置102C中,若电源接入(S221),则进行自我诊断(S222),若判定待机结束则控制信号变为连通信号。其中,蓄电装置102C中,从蓄电装置102B输出的外部输出信号为断开信号,所以开关91维持断开不动。

另外,蓄电装置102C中,由于判定为待机结束,并且从前段的蓄电装置102B输入待机结束信号,所以向后段的蓄电装置102A输出待机结束信号(S223)。即向作为主机电池的蓄电装置102A输入待机结束信号。

因此,蓄电装置102A中,由于判定为待机结束,并且从前段的蓄电装置102C输入待机结束信号,所以外部输出信号变为连通信号。由此,从全部的蓄电装置102分别输出的外部输出信号变为连通信号,所以各蓄电装置102的开关91联动地变为连通(S231)。

这样,本变形例的蓄电系统1002中,在全部的多个蓄电装置102中判定为待机结束后,在全部的蓄电装置1的蓄电单元40联动地开始充电电流的供给。

这里,一般地,特别是锂离子二次电池等蓄电元件中考虑到确保安全性的观点,在充电状态低的状态(例如5%左右)下出货。另外,一般对于蓄电装置而言,用户通过按压电源按钮等来进行电源接入,所以多个蓄电装置的电源接入会在互不相同的时刻。由上所述,在蓄电系统安装时等,将多个蓄电单元连接于电源或者负载时,担心产生如下的问题。

即在最初接入电源的蓄电装置的蓄电单元中,会流过相当于应向其它蓄电单元供给的充电电流的合计量的非常大的电流(过电流),担心过电流引起的不良情况的产生。

与此相对,根据本变形例,主机电池(本变形例为蓄电装置102A)中在控制装置290的电源接入后允许将开关91连通的情况下,将开关91连通的信号作为外部输入信号被输入。由此,分别设置于充电或放电的电流路径的开关91同时连通,所以各蓄电单元40同时与电力系统连接。因此,能够减少维护时或者初始设定时等的蓄电单元40的不良情况的产生。

具体而言,主机电池在控制装置290的电源接入后允许将开关91连通的情况下,从外部输出端子84输出将其它控制装置290的开关91连通的外部输出信号。

由此,在允许将主机电池中开关91连通之前,目标电池(本变形例为蓄电装置102B、102C)的开关91不连通而成为待机状态。因此,通过形成如下规定的结构,即与并联连接的多个蓄电单元40分别对应地设置本结构的控制装置290,并将一个控制装置290的外部输出端子84与另一个控制装置290的外部输入端子83依次连接的规定的结构,从而在电源接入后全部的蓄电单元40联动地与电源2000或者负载3000连接,所以能够减少蓄电单元400的不良情况的产生。

(实施方式一的变形例二)

以下说明实施方式一的变形例二的蓄电系统。本变形例的蓄电系统作为选择性地获取蓄电装置的模式,具有通常模式和试验模式。

图16是与本变形例的蓄电装置的动作模式有关的状态迁移图。

该图所示的通常模式S1是进行在上述实施方式一中说明的动作的模式。即通常模式S1是在控制信号和外部输入信号中的至少一者为断开信号的情况下开关91断开,或者在控制信号和外部输入信号都是连通信号的情况下开关91为连通,并且在开关91连通的情况下外部输出信号成为连通信号,在开关91断开的情况下外部输出信号成为断开信号的模式。换言之,是多个蓄电装置的开关91联动地连通或者断开的模式。

另一方面,试验模式S2是开关91为连通的模式,是即使其它蓄电装置的开关91断开,自身的蓄电装置的开关91也连通的模式。

本变形例的蓄电装置例如在被用户输入指示向试验模式S2迁移的模式迁移指令的情况下,从通常模式S1向试验模式S2迁移。试验模式S2持续规定时间(例如1分钟),开关91变为连通。然后,若试验模式S2经过规定时间,则蓄电装置从试验模式S2向通常模式S1迁移。此外,通常模式S1与试验模式S2也可以不相互迁移。在该情况下,例如在电源接入时输入了试验模式指令的情况下,以试验模式S2动作,在没有输入该指令的情况下以通常模式S1动作。

图17是表示本变形例的控制装置390的功能结构的框图。此外,该图中,也一起图示出了蓄电单元40,并图示出本变形例的蓄电装置103。

与实施方式一的控制装置90相比,该图所示的控制装置390具备控制部392代替控制部92,还具备开关393。

与实施方式一的控制部92相比,控制部392还具备试验模式部394。试验模式部394在自身的蓄电装置103变为试验模式S2的情况下,输出将开关91连通的连通信号。即本变形例中,在一个以上的蓄电单元40的任意单元为试验模式S2的情况下,在成为该试验模式S2的各蓄电单元40的充电或放电的电流路径上设置的开关91变为连通。

具备这样构成的本变形例的蓄电装置103的蓄电系统也能够起到与上述实施方式一相同的效果。

这里,一般从确保安全性等观点考虑,除了充放电时,蓄电单元40的电压不向收纳蓄电单元40的外装体10(壳体)的外部连接端子输出。因此,难以在进行蓄电单元40的充放电前预先获取蓄电单元40的电压。

与此相对,根据本变形例,在处于试验模式的蓄电单元40中,开关91变为连通,由此能够在经由开关91连接于蓄电单元40的外部连接端子201测定蓄电单元40的电压。因此,例如能够在工厂出货时等简单测定蓄电单元40的电压。

另外,根据本变形例,若试验模式S2经过规定时间则向通常模式S1迁移,所以能够减少因开关91不必要的连通引起的过放电。

此外,本变形例中,说明了将通常模式作为进行实施方式一中说明的动作的模式。然而,通常模式可以是进行任意动作的模式,例如也可以是进行实施方式一的变形例一中说明的动作(待机动作)的模式。

另外,电源接入后的最初的模式也可以是试验模式。通过形成这样的结构,能够在电源接入后的规定时间,在外部连接端子201简单测定蓄电单元40的电压。

(实施方式一的变形例三)

在上述实施方式一及其变形例一和变形例二中,在一个以上的蓄电单元40分别设置有控制装置。即多个蓄电装置分别具备控制装置。然而,如图18所示,也可以针对一个以上的蓄电单元40设置一个控制装置490。即控制装置也可以作为多个蓄电装置的外部装置而设置。

图18是表示本变形例的蓄电系统1004的功能结构的框图。如该图所示,控制装置490也可以具备向设置于一个以上的蓄电单元40的各充电或放电的电流路径的开关91供给控制信号的控制部492、和向该开关91供给外部输入信号的外部输入端子483。

即使是这样的结构,各开关91也能根据外部输入信号同时变为断开或者根据外部输入信号同时变为连通。因此,与上述实施方式相同,能够减少过电流引起的蓄电单元40的不良情况的产生。

(实施方式二)

接下来,使用图19说明实施方式二的蓄电系统的结构。

图19是表示本实施方式的蓄电系统1000a的功能结构的框图。

与图2所示的蓄电系统1000相比,蓄电系统1000a用具有控制装置90a的蓄电装置1a代替具有控制装置90的蓄电装置1。蓄电系统1000a中,蓄电元件41(在本实施方式中为多个蓄电单元40)并列设置有多个(在本实施方式中为3个)。

控制装置90a设置于蓄电单元40的充电或放电的电流路径,控制构成蓄电单元40的一个以上的蓄电元件41的充电或放电。控制装置90a具备设置于该电流路径的电流限制部91a,利用该电流限制部91a限制电流,由此能够抑制在将多个蓄电元件41并联连接时的过大的横流。以下,在本实施方式中,说明控制装置90a将预充电时过大的充电电流作为该横流来抑制的例子。

另外,在本实施方式中,控制装置90a还具备在该电流路径上与电流限制部91a以串联的方式设置的开关91b。在本实施方式中,控制装置90a在预充电后的通常使用时将开关91b连通和断开,由此控制蓄电单元40的充放电。即与实施方式一的控制装置90相比,本实施方式的控制装置90a还具备设置于电流路径并限制通过的电流的电流限制部91a。

接下来,说明控制装置90a的详细结构。

图20是表示本实施方式的控制装置90a的功能结构的框图。此外,图20和图21也一起图示出了蓄电单元40。

如图20所示,控制装置90a具备电流限制部91a、开关91b、控制部92a、电流传感器94、外部输入端子83、外部输出端子84。

电流限制部91a设置于蓄电元件41的充电或放电的电流路径,限制通过的电流。在本实施方式中,电流限制部91a在蓄电单元40的充放电电流路径,且在经由外部连接端子201连接于电源线3的电源线62上设置。之后使用图21统一说明电流限制部91a的具体结构和开关91b的具体结构。

开关91b在蓄电元件41的充电或放电的电流路径(这里电源线62)上与电流限制部91a以串联的方式设置,是切换连通与断开的开关。该开关91b具有在控制信号和外部输入信号中的至少一者为将该开关91b断开的信号的情况下变为断开的断开功能、以及在控制信号和外部输入信号都是将该开关91b连通的信号的情况下变为连通的连通功能中的至少一者。该断开功能和连通功能例如通过开关91b周边的电路结构(参照图21)实现。之后使用图21说明开关91b的具体结构。

控制部92a使用根据与蓄电元件41的充电或放电的电流路径(这里为电源线62)的电压不同的信息得到的该电流路径的电流量,控制电流限制部91a以使通过电流限制部91a的电流为规定量以下。具体而言,在本实施方式中,控制部92a判断电流路径的电流量是否超过规定量,在超过的情况下以使通过电流限制部91a的电流为该规定量以下的方式来控制。在本实施方式中,控制部92a以使通过电流限制部91a的电流为该规定量以下的恒流的方式来控制。

这里,该规定量是预先决定的任意电流量,没有特别限定,例如由构成蓄电装置1a的电路元件等的规格决定的额定电流、持续流动一定时间(例如10sec)也能够安全充放电的最大的电流即最大电流、或者能够在比较短的时间(例如数十msec)内安全充放电的最大的电流即瞬时容限等。

另外,恒流的电流量只要是规定量以下的第一电流量则没有特别限定,例如是上述额定电流。另外,对于控制部92a以使通过电流限制部91a的电流为规定量以下的恒流的方式控制的期间也没有特别限定。但是,从实现缩短更换蓄电装置1a时的预充电所需要的时间的观点考虑,优选确保该期间很长。另外,从相同的观点考虑,也可以在开关91b从断开切换为连通后,将小于该第一电流量的第二电流量提高为第一电流量并维持恒流。

另外,在本实施方式中,控制部92a还向开关91b供给控制信号。

另外,在本实施方式中,控制部92a使用由后面的电流传感器94取得的电流量,控制电流限制部91a。此外,控制部92a也可以不使用由电流传感器94直接取得的电流量,而是间接取得电流量。例如控制部92a也可以取得或者预先存储蓄电元件41(或者蓄电单元40)的电压值或者SOC(StateOfCharge:充电状态)以及蓄电元件41等电阻值等,根据上述值计算电流量由此取得电流量。

电流传感器94是检测在电流路径流动的充电电流或者放电电流的传感器。在本实施方式中,电流传感器94是设置于电源线62的非接触式的电流传感器,输出表示充电电流或者放电电流的电流量的电流信号,例如是HCT(Hall-effectCurrentSensor:霍尔效应电流传感器)。即控制部92a取得由非接触式的电流传感器94得到的电流路径的电流量,使用取得的电流路径的电流量控制电流限制部。例如在电流传感器94是HCT的情况下,控制部92a根据表示电源线62的周围的磁场的信息(电流信号)取得该电源线62的电流量。

此外,关于电流传感器94,只要根据与电流路径(在本实施方式中为电源线62)的电压不同的信息表示该电流路径的电流量即可,可以是根据电流路径的焦耳热表示该电流量的热电式电流计、或者使用流过分流器(Shunt)的电流量表示上述电流路径的电流量的电流计等接触式的电流传感器。

更详细地说,这样的控制装置90a通过图21所示那样的电路结构实现。图21是表示本实施方式的控制装置90a的具体电路结构的一个例子的电路图。

如图21所示,在本实施方式中,控制装置90a还具备确保与供大电流流通的主电路部件侧间的绝缘性并且传递信号的光电耦合器931~935、使光电耦合器933~935的发光二极管发光的晶体管941~943。另外,控制部92a具备对开关91b除了供给上述控制信号之外还供给放电信号和受电信号的充放电部921、以及对电流限制部91a供给预充电信号的预充电部922。

这里,说明开关91b和电流限制部91a的具体结构。在本实施方式中,开关91b和电流限制部91a具有与图5所示的开关91相同的结构。

如图21所示,在本实施方式中,开关91b具有将放电电流切断或者使其通过的放电开关911、和将充电电流切断或者使其通过的充电开关912。放电开关911具有n型的FET911a、在该FET911a的源极-漏极间相对于放电电流反向地连接的二极管911b。该放电开关911在控制信号、外部输入信号以及放电信号的任一个都是断开信号的情况下变为断开,在都是连通信号的情况下变为连通。充电开关912具有n型的FET912a、和在该FET912a的源极-漏极间相对于充电电流反向地连接的二极管912b。该充电开关912在控制信号、外部输入信号以及充电信号的任一个都是断开信号的情况下变为断开,在都是连通信号的情况下变为连通。此外,“连通信号”是指使开关连通的信号,“断开信号”是指使开关断开的信号。

此外,开关91b中,放电开关911与充电开关912也可以不是独立地设置,也可以由能够将放电电流和充电电流都切断或者使它们通过的继电器触点或者MCCB(MoldedCaseCircuitBreaker:布线用断路器)构成。

在实施方式中,电流限制部91a具有设置于充电或放电的电流路径(这里为电源线62)的半导体元件。具体而言,在本实施方式中,设置了FET作为该半导体元件。更具体而言,在本实施方式中,电流限制部91a结构与充电开关912相同,具有n型的FET913a、和在该FET913a的源极-漏极间相对于充电电流反向地连接的二极管913b。即在本实施方式中,电流限制部91a使用可作为切换连通(导通状态)与断开(非导通状态)的开关而构成的电路结构,限制通过电流路径的电流。此外,FET911a~913a也可以是p型的FET。

这里,FET913a使与从预充电部922供给至门电路的预充电信号对应的电流作为充电电流通过。换言之,FET913a能够将通过电源线62的电流限制为与该预充电信号对应的电流。

图22是表示电流限制部91a所使用的FET913a的特性的一个例子的图表。具体而言,该图示出了相对于由预充电信号决定的FET913a的门电路-源极间电压Vgs的、FET913a的漏极电流Id(即充电电流)。

如该图所示,FET913a在Vgs为阈值电压Vt以上的饱和区域,使即便该Vgs上升也看不出很大变化(饱和)的充电电流通过。另一方面,FET913a在Vgs小于阈值电压Vt的线性区域,使对应于该Vgs按照对数标记线性(线形)变化的充电电流通过。

即,预充电部922使FET913a在线性区域动作,由此能够将流过FET913a的充电电流控制在规定量以下。即控制部92a使半导体元件(这里为FET913a)在线性区域动作,由此控制通过电流限制部91a的电流在规定量以下。

此外,电流限制部91a具有的半导体元件具有图22所示那样的特性即可,并不限定于FET。例如也可以使用双极型晶体管、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor:绝缘门电路双极型晶体管)等作为半导体元件。

接下来,使用图23说明进行这样的控制的预充电部922的具体结构。图23是表示本实施方式的预充电部922的功能结构的一个例子的框图。

如该图所示,预充电部922例如具备基准电压生成部925、IV转换器926、比较部927、驱动部928,输出与来自电流传感器94的电流信号对应的电压信号即预充电信号。

基准电压生成部925在预充电部922生成作为判断电源线62的电流量是否超过规定量的基准的基准电压。作为该基准电压,基准电压生成部925例如生成通过电流路径(这里为电源线62)的电流为规定量的情况下的、与来自电流传感器94的电流对应的电压。该基准电压生成部925例如通过将控制部92a的电源电阻分压,由此生成与该电流信号对应的电压。

IV转换器926对来自电流传感器94的电流信号进行IV转换(电流电压转换),由此生成与电流信号对应的电压信号。即在电流信号变动的情况下,电压信号也同样变动。

比较部927比较在基准电压生成部925生成的基准电压与在IV转换器926生成的电压信号,生成同该基准电压与该电压信号的差量电压对应的电压信号。例如比较部927在电压信号减去基准电压所得的差量大于0的情况下,将该差量越大则绝对值越大的正的电压输出。另一方面,比较部927在该差量为0以下的情况下,将该差量越大则绝对值越小的负的电压输出。

驱动部928将从比较部927输出的电压信号转换为驱动能力大的电压信号,由此生成控制电流限制部91a的预充电信号。例如驱动部928具有确保与供大电流流通的电流限制部91a间的绝缘性并且传递信号的光电耦合器、和将从比较部927输出的电压信号放大并使该光电耦合器的发光二极管发光的晶体管。

这样构成的预充电部922例如在通过电源线62的电流超过规定量的情况下,通过降低预充电信号的电压,由此能够控制通过电流限制部91a的电流变为规定量以下。具体而言,在本实施方式中,预充电部922在这种情况下,降低预充电信号的电压,使FET913a在线性区域动作,由此能够使该电流变为规定量以下。

另外,预充电部922能够根据来自电流传感器94的电流信号的变动使预充电信号的电压变动。即预充电部922能够通过反馈控制调整通过电源线62的电流。因此,能够将通过电流限制部91a的电流控制为规定量以下的恒流。

这样构成的控制装置90a如下那样动作。

以下说明在并列连接有多个(在本实施方式中为3个)蓄电元件41(在本实施方式中为多个蓄电单元40)的蓄电系统1000a中,更换或者增设蓄电元件41的情况下的控制装置90a的动作(控制方法)。

另外,以下以更换多个蓄电单元40中的一个蓄电单元40(蓄电装置1aC的蓄电单元40)的情况为例来说明控制装置90a的动作。然而,更换的蓄电单元40的个数比全部的蓄电单元40的个数少即可,也可以是2个。另外,增设蓄电单元40的情况下,与更换的情况相同地动作。

另外,在本实施方式中,在更换蓄电单元40时具有该蓄电单元40的蓄电装置1a整体被更换。即,以下说明的控制装置90a的动作在更换的蓄电装置1a的控制装置90a中执行。另外,在本实施方式中,更换蓄电单元40时不是蓄电系统1000a整体进行充放电。即例如蓄电系统1000a与电源2000之间的MCCB(未图示)以及蓄电系统1000a与负载3000之间的MCCB(未图示)为断开。

以下使用图24~图30说明控制装置90a的动作。

图24是表示实施方式的控制装置90a的动作的流程图。具体而言,该图示出了被更换的蓄电装置1a的控制装置90a的动作的一个例子。

如该图所示,首先,更换的蓄电装置1a(这里为蓄电装置1aC)的控制装置90a判定自身的蓄电单元40是否需要预充电(S60)。例如控制装置90a经由计测基板81(参照图3)等,取得外部连接端子201的电压Vterm和蓄电单元40的电压Vcell。而且,在上述差量电压|Vterm-Vcell|大于设定值的情况下,判断为需要预充电(S60为是)。另一方面,控制装置90a在差量电压|Vterm-Vcell|为设定值以下的情况下,判断为不需要预充电(S60为否)。

这里,该设定值是预先决定的任意电压,没有特别限定,例如是在蓄电元件41流过可能产生不良情况的最小的横流的情况下的、外部连接端子201的电压与蓄电单元40的电压的差量电压。

图25是示意性表示更换蓄电装置1aC时的蓄电系统1000a的状态的图。

如该图所示,更换蓄电装置1aC时,该蓄电装置1aC的开关91b断开。另外,其它蓄电装置1aA、1aB的开关91b连通。

这里,一般在锂离子二次电池中,从确保安全性的观点考虑,在SOC低的状态(例如5%左右)下出货。另一方面,在没有更换而是正在使用(通常使用时)的其它蓄电装置中,变为SOC高的状态(例如100%左右)。

由此,被更换的蓄电装置1aC的蓄电单元40的电压|Vcell|小,而没有更换的其它蓄电装置1aA、1aB的蓄电单元40的电压|Vcell|大。这里,蓄电装置1aA、1aB中开关91b连通,所以蓄电装置1aA、1aB的电压|Vterm|与该蓄电装置1aA、1aB的电压|Vcell|相等。因此,与蓄电装置1aA、1aB并联连接的蓄电装置1aC的电压|Vterm|与蓄电装置1aA、1aB的电压|Vcell|相等。因此,蓄电装置1aC中,|Vterm-Vcell|>设定值,所以判定为需要预充电。

在判定为需要预充电的情况下(S60为是),控制装置90a进行预充电动作(S70)。另一方面,在判定为不需要预充电的情况下(S60为否),控制装置90a不进行预充电动作,而是进行充放电动作(S80)。

这里,具体说明控制装置90a的预充电动作(S70)。此外,控制装置90a的充放电动作(S80)后述。

图26是表示图24的预充电动作(S70)的具体例的流程图。具体而言,该图示出了预充电动作(S70)的控制装置90a的动作的一个例子。

如该图所示,首先,蓄电装置1aC的控制装置90a使开关91b连通(S71)。

图27是示意性表示本实施方式中预充电中的蓄电系统1000a的状态的图。具体而言,该图示意性示出了被更换的蓄电装置1aC的开关91b从断开变为连通时的蓄电系统1000a的状态。

此外,该图中,为了容易直观的理解,作为横流(充电电流)的流动方向,示出控制装置90a设置于蓄电单元40的正的电源线61的情况下的电流的流动。因此,该图中,充电电流的流动方向与图21中的方向相反。在以后相同的示意图中,放电电流的流动方向也同样与图21中的方向相反。

如图27所示,使蓄电装置1aC的开关91b变为连通,由此横流(充电电流)从其它蓄电装置1aA、1aB流入该蓄电装置1aC。

此时,控制装置90a取得根据与蓄电元件41的充电或放电的电流路径(这里为电源线62)的电压不同的信息得到的该电流路径的电流量(S72)。具体而言,根据从电流传感器94输出的电流信号,取得该电流路径的电流量。

而且,控制装置90a使用取得的电流量,将通过该电流路径的电流限制为规定量以下。具体而言,控制装置90a判断该电流路径(这里为电源线62)的电流量是否超过规定量(S73)。即控制装置90a判断流入自身的蓄电装置1aC的横流是否超过规定值。其结果是,在判断为电流量超过规定量的情况下(S73为是),将该电流限制为规定量以下(S74)。具体而言,使FET913a的Vgs小于Vt来设定预充电信号的电压以使该电流为规定量以下,从而使FET913a在线性区域动作。另一方面,在电流量为规定量以下的情况下(S73为否),控制装置90a不限制电流(S75)而是使电流通过。具体而言,使FET的Vgs为Vt以上来设定预充电信号的电压,从而使FET913a在饱和区域动作。即,使FET913a成为连通(导通状态)。

重复这样的步骤S22~步骤S25的处理,直到判断为预充电结束(S76为是)。具体而言,在|Vterm-Vcell|>设定值的情况下,判断为预充电没有结束(S76为否),返回步骤S72。另一方面,在|Vterm-Vcell|≤设定值的情况下,判断为预充电结束(S76为是),结束预充电动作。

图28是示意性表示本实施方式中预充电结束时的蓄电系统1000a的状态的图。具体而言,该图示意性示出了被更换的蓄电装置1aC的预充电结束时的蓄电系统1000a的状态。

如该图所示,若预充电结束,则横流停止,并联连接的蓄电单元40的SOC均匀化(例如为α%)。

通过这样的预充电动作,能够抑制在多个蓄电元件41(这里为多个蓄电单元40)并联连接时的过大的横流。

接下来,说明控制装置90a的充放电动作(图24的S80)。

这里,在本实施方式中,充放电动作时蓄电系统1000a整体变为能够充放电的状态。即例如蓄电系统1000a与电源2000之间的MCCB(未图示)以及蓄电系统1000a与负载3000之间的MCCB(未图示)变为连通。由此,例如在电源2000停电时,蓄电系统1000a能够向负载3000供电。

另外,电流限制部91a只要不是断开(非导通状态)即可,也可以是连通(导通状态)。具体而言,电流限制部91a也可以使FET913a在线性区域动作由此将电流量限制为规定量以下,FET913a也可以在饱和区域动作由此变为连通。但是,从实现增大充电电流或者放电电流的观点考虑,优选变为连通。例如充放电动作(图24的S80)中,控制装置90a使电流限制部91a连通并且进行图6A和图6B所示的各处理(S10~S30)。

通过这样的充放电动作(S30),例如起到如下的效果。以下说明在电源2000(电源系统)的停电时蓄电系统1000a起到的效果。

图29和图30是示意性表示本实施方式中停电时的蓄电系统1000a的状态的图。

如图29所示,本实施方式的蓄电系统1000a与图7所示的蓄电系统1000相同,若电源2000停电,则向负载3000供电。即蓄电系统1000a在电源2000停电时进行电力的备用。此时,多个蓄电装置1a的各开关91b变为连通,所以放电电流从并联连接的多个蓄电单元40的每一个向负载3000流动。

然后,若继续对负载3000供电,则如图30所示,出现蓄电单元40的电压变为放电终止电压以下的蓄电装置1(这里为蓄电装置1aB)。此时,该蓄电装置1aB的控制装置90a中,开关91b断开,并且断开信号作为外部输出信号被输出。

由此,在作为外部输入信号被输入从蓄电装置1aB的控制装置90输出的外部输出信号的蓄电装置1aC的控制装置90a中,开关91b变为断开。并且,蓄电装置1C的控制装置90a中,断开信号作为外部输出信号被输出。

由此,在被输入从蓄电装置1aC输出的外部输出信号的蓄电装置1aA中,开关91b也变为断开,断开信号作为外部输出信号被输出。

因此,本实施方式的蓄电系统1000a中,与实施方式一的蓄电系统1000相同,多个蓄电装置1a中只要有一个蓄电单元40的电压为放电终止电压以下的蓄电装置1a,则来自全部的蓄电装置1a的蓄电单元40的放电电流联动地停止。因此,根据本实施方式,与实施方式一相同,如果有蓄电单元40的电压为放电终止电压以下的蓄电装置1a,则来自全部的蓄电装置1a的放电电流联动地停止。

此外,各控制装置90a也可以在与自身的蓄电装置1a连接的电力系统恢复电力的情况下,将外部输出信号作为连通信号或者断开信号。由此,蓄电系统1000a的开关91b在恢复电力时同时变为连通或者同时变为断开,所以各蓄电单元40同时与电力系统连接,或者同时与电力系统断开。因此,能够减少恢复电力时的蓄电单元40的不良情况的产生。

这里,控制部92a也可以在蓄电系统1000a的开关91b同时变为连通或者同时变为断开时(例如放电电流联动停止时、电力系统恢复电力时等),控制电流限制部91a以使通过电流限制部91a的电流变为规定量以下。即控制装置90a也可以在蓄电系统1000a的开关91b同时变为连通或者同时变为断开的时刻,进行图24所示的动作。

例如蓄电装置1a的控制装置90a在自身的开关91b变为连通的时刻(详细地说即将连通之前),判定自身的蓄电单元40是否需要预充电(S60)。然后,在判断为需要预充电的情况下(S60为是),将开关91b连通进行预充电动作后(S70之后),进行充放电动作(S80)。另一方面,该控制装置90a在上述时刻判断不需要预充电的情况下(S60为否),不进行预充电动作,而是将开关91b连通进行充放电动作(S80)。

由此,在蓄电系统1000a的开关91b同时变为连通或者同时变为断开时,能够抑制过电流并且抑制横流。

此外,判定是否需要预充电的基准并不局限于电压(上述说明中为差量电压|Vterm-Vcell|),例如也可以是电流。例如蓄电装置1a的控制装置90a在自身的开关91b变为连通的时刻(详细地说连通之后),在电流路径(这里为电源线62)的电流量超过规定量的情况下判定为需要预充电,在不超过的情况下判定为不需要预充电。

如以上说明那样,在本实施方式中,控制通过设置于电流路径(在本实施方式中为电源线62)的电流限制部91a的电流为规定量以下。因此,在本实施方式中,不与该电流路径并列设置例如具有预充电用的电阻的旁路电路,也能够抑制过大的横流。因此,能够通过简易的结构,抑制在多个蓄电元件并联连接时过大的横流流动。

另外,在本实施方式中,使用非接触式的电流传感器94,由此能够抑制在电流路径流动的电流的损失并且取得该电流路径的电流量。因此,能够实现蓄电元件41的高输出化。另外,使用非接触式的电流传感器94,由此能够确保供大电流流通的主电路和供小电流流通的周边电路的绝缘。

另外,在本实施方式中,控制部92a判断该电流路径的电流量是否超过规定值,在超过的情况下控制通过电流限制部91a的电流为规定量以下。由此,能够抑制电流限制部91a的过度的电流限制。因此,实现缩短并联连接的蓄电元件41彼此电压的均匀化所需要的时间(预充电所需要的时间)。

另外,在本实施方式中,具备在该电流路径中与电流限制部91a以串联的方式设置的开关91b,由此实现过充电保护或者过放电保护的冗余设计。即,能够使确保蓄电元件41的安全性的结构成为冗余结构。从确保安全性的观点考虑,这样的冗余结构在与出货时的SOC高(例如约100%)的铅电池等相比,将出货时的SOC低(例如约5%)的锂离子二次电池等作为蓄电元件41使用的情况下特别有效。

另外,在本实施方式中,使电流限制部91a与充电开关912结构相同。即电流限制部91a将充电电流和放电电流中的充电电流切断或者使其通过,或者进行限制。蓄电元件41中,过充电比过放电容易产生更大的不良情况。因此,将电流限制部91a构成为能够切断充电电流等,由此对于容易产生大的不良情况的过充电保护能够形成冗余结构。

另外,在本实施方式中,控制部92a控制通过电流限制部91a的电流为恒流,由此实现缩短例如预充电所需要的时间。具体而言,流过并联连接的蓄电元件41(在本实施方式中为蓄电单元40)彼此的横流随着蓄电元件41彼此电压的均匀化而逐渐变小。因此,例如预充电的蓄电元件41(在本实施方式中为蓄电装置1aC的蓄电元件41)的电压变化逐渐变缓。与此相对,控制通过电流限制部91a的电流为恒流,由此能够将该预充电的蓄电元件41的电压变化在预充电结束之前一直维持恒定不变。因此,实现缩短预充电所需要的时间。

另外,在本实施方式中,使半导体元件(在本实施方式中为FET913a)在线性区域动作,由此控制该电流为规定量以下,所以不需要设置例如预充电用的专用的电阻。由此,实现结构的简化。

特别是在本实施方式中,开关91b与电流限制部91a相同,也具有半导体元件(在本实施方式中为FET911a、912a),使该半导体元件在饱和区域动作而变为连通,使该半导体元件在切断区域动作而变为断开。换言之,在本实施方式中,使与由半导体元件构成的大致相同的结构在饱和区域和切断区域动作由此作为开关91b使用,使其在线性区域动作由此作为电流限制部91a使用。因此,不使用预充电用的专用的结构,就能够抑制过大的横流。

另外,在本实施方式中,使用FET(在本实施方式中为FET913a)作为该半导体元件,由此能够通过简易的结构抑制过大的横流。具体而言,FET为电压控制型元件,所以与双极型晶体管等电流控制型相比,能够简化控制侧的电路结构。另外,基于相同的理由,能够以小的驱动电流限制通过该电流路径的电流。因此,实现控制装置90a的低耗电。

(实施方式二的变形例)

另外,控制部还可以在电流限制部91a的温度超过规定温度的情况下,将开关91b断开。

图31是表示实施方式二的变形例的控制装置190a的功能结构的一个例子的框图。此外,该图也一起图示出了蓄电单元40。

如该图所示,与上述实施方式二相比,本变形例的蓄电装置101a具备控制装置190a代替控制装置90a。与上述实施方式二相比,该控制装置190a具备控制部192a代替控制部92a,还具备温度传感器195。

这里,控制部192a的电流限制部91a的控制在由于某些异常而无法正常进行的情况下产生如下的问题。即电流限制部91a例如在电流超过FET913a的容限而流通的情况下,担心该FET913a损坏。在该情况下,电流限制部91a难以限制电流,所以过大的横流流过蓄电单元40,担心产生蓄电元件41的恶化等不良情况。

发明者们注意到在这样电流限制部91a的电流限制困难的情况下,该电流限制部91a比通常更发热,得出本变形例的控制装置190a的构思。

即在本变形例中,控制部192a在电流限制部91a的温度超过规定温度的情况下,使开关91b断开。由此,在电流限制部91a产生异常的情况下能够切断横流,所以能够确保安全性。这里,规定温度没有特别限定,例如是在FET913a损坏的最小电流流动的情况下的FET913a的温度。

本变形例中,控制部192a使用表示由以下的温度传感器195取得的温度的信息,控制电流限制部91a。

温度传感器195是检测电流限制部91a的温度的传感器。本变形例中,温度传感器195在安装有FET913a的主电路基板82(参照图3)的FET913a附近设置,例如是热敏电阻。

这样构成的控制装置190a如下那样动作。

图32是表示本变形例的控制装置190a的动作的流程图。具体而言,该图示出了预充电动作(S170)的控制装置190a的动作的一个例子。

如该图所示,变形例的预充电动作(S170)与上述实施方式二的预充电动作(参照图26:S70)相比大致相同,但还包含温度判定处理(S121)、和将开关91b断开的处理(S122)。

具体而言,控制装置190a在步骤S74和步骤S75后的温度判定处理(S171)中,判定电流限制部91a的温度是否超过规定温度。然后,在电流限制部91a的温度没有超过规定温度的情况下(S171为否),移至步骤S76。另一方面,在电流限制部91a的温度超过规定温度的情况下(S171为是),将开关断开(S172),结束预充电动作。

在以上那样的本变形例的控制装置190a中,也起到与上述实施方式二相同的效果。即能够通过简易的结构,抑制在将多个蓄电元件41(本变形例为多个蓄电单元40)并联连接时流过过大的横流。

另外,本变形例中,在电流限制部91a的温度超过规定温度的情况下将开关91b断开,由此例如在电流限制部91a产生异常的情况下也能够切断横流。因此,能够进一步确保安全性。

(其它实施方式)

以上说明了本发明的实施方式的蓄电系统,但本发明不限定于上述实施方式和变形例。即应认为这次公开的实施方式和变形例的全部内容为例示而非用于限制。本发明的范围不是上述说明,而由权利要求书示出,包含与权利要求书均等的意思和范围内的全部改变。另外,将上述实施方式和变形例所含的结构要素任意组合而构建的形态也包含在本发明的范围内。

另外,例如上述说明中,说明了由分别具备控制装置的多个蓄电装置构成的蓄电系统,但控制装置或者具备控制装置和由其控制充电或放电的蓄电单元的蓄电装置也包含在本发明的范围内。这样的结构中,蓄电单元和控制装置可以双方搭载于移动体,也可以某一方搭载于移动体。另外,在由分别具备控制装置的多个蓄电装置构成的蓄电系统中,也可以仅有一部分的蓄电装置搭载于移动体。

另外,如下的蓄电装置也包含在本发明的范围内。即蓄电装置具有:具备蓄电元件41的蓄电单元40、设置于上述蓄电单元40的充电或放电的电流路径的开关、向开关供给控制信号的控制部、向开关供给外部输入信号的外部输入端子。这里,开关具有在控制信号和外部输入信号中的至少一者为将该开关断开的信号的情况下变为断开的断开功能、以及在控制信号和外部输入信号都是将该开关连通的信号的情况下变为连通的连通功能中的至少一者。这样的蓄电装置例如搭载于移动体。

另外,例如在上述实施方式一及其变形例中,说明了开关具有在控制信号和外部输入信号中的至少一者为将该开关断开的信号的情况下变为断开的断开功能、以及在控制信号和外部输入信号都是将该开关连通的信号的情况下变为连通的连通功能这两种功能的情况。然而,也可以构成为开关满足该断开功能和该连通功能中的任意单元。

在这样构成的控制装置中,分别设置于充电或放电的电流路径的开关通过外部输入信号而同时变为断开,或者通过外部输入信号而同时变为连通。因此,效果稍微降低,但与上述实施方式相同,也能够减少过电流引起的蓄电单元40的不良情况的产生。

另外,在使用FET作为开关的结构中,也可以将该FET用于对流向充放电电流路径的充电电流或者放电电流的电流限制。

另外,也可以使用实施方式一的变形例一的结构,对各蓄电装置102进行ID的自动分配。具体而言,也可以将主机电池作为起点,对目标电池进行ID(CAN-ID)的自动分配。通过这样进行ID的自动分配,从而仅对主机电池分配ID即可,所以实现与ID的分配有关的作业工序的简化。

另外,控制装置控制蓄电单元40的充电和放电的至少一者即可,例如也可以控制充电和放电中的一者。例如在上述实施方式二及其变形例中,说明了控制部将过大的充电电流作为横流来抑制,但也可以将过大的放电电流作为该横流来抑制。

另外,具备上述实施方式二及其变形例中说明的任意控制装置和由该控制装置控制充电或放电的蓄电元件41的蓄电装置并列设置有多个的蓄电系统也包含在本发明的范围内。

根据这样的结构,各蓄电装置具有控制装置,由此该蓄电装置的热插拔(hot swap)变为可能。即上述实施方式二及其变形例中,说明了蓄电系统1000a与电源2000之间的MCCB(未图示)以及蓄电系统1000a与负载3000之间的MCCB(未图示)为断开。然而,这些MCCB也可以连通。由此,在更换多个蓄电装置中的一部分的蓄电装置时,其它蓄电装置继续充电或放电,实现N+1的冗余设计。

另外,根据这样的结构,能够由其它蓄电装置对被更换的蓄电装置进行预充电,所以不需要外部的充电器,实现更换作业的容易化。

另外,上述实施方式二及其变形例中,说明了抑制预充电时过大的横流,被抑制的横流并不局限于预充电时,例如也可以是蓄电装置或者蓄电系统的安装时的横流。

另外,上述实施方式二及其变形例中说明的控制装置的结构也可以作为不仅抑制横流还抑制通常的充放电时的过大电流的结构使用。

另外,上述实施方式二及其变形例中,控制装置设置(内置)于蓄电装置,但控制装置也可以设置于蓄电装置外。另外,也可以相对于多个蓄电装置设置一个控制装置。即控制装置也可以具备设置于并联连接的多个蓄电元件41的各充电或放电的电流路径的电流限制部、和控制多个电流限制部的控制部。

另外,实施方式二及其变形例中,控制装置也可以不具备开关91b。在这样的结构中,具备电流限制部91a,由此也能够抑制过大的横流。特别是在电流限制部91a具有FET的情况下,控制装置在预充电后的充放电动作中,使该FET在饱和区域动作,由此能够将电流限制部91a作为开关使用。即将电流限制部91a用于控制通常的充放电时的充电或放电。

另外,实施方式二及其变形例中,控制部控制通过电流限制部91a的电流为规定量以下即可,也可以不将其控制为恒流。

另外,在实施方式二及其变形例中,控制部也可以不判断蓄电元件41的电流路径的电流量是否超过规定量。例如控制部也可以总是控制电流限制部91a限制通过的电流,也可以在该电流量的变化率超过规定的变化率的情况下,控制通过电流限制部91a的电流为规定量以下。工业上利用的可能性

本发明能够应用于移动体通信用的基站等的备用电源等。

附图标记说明

1、1A~1C、1A、1aA~1aC、101、102、102A~102C、103、101a蓄电装置;2通信线;3电源线;10外装体;20底面侧配置部件;40蓄电单元;41蓄电元件;50端子侧配置部件;60母线;61、62电源线;70布线基板;81计测基板;82主电路基板;83、483外部输入端子;84外部输出端子;90、90A、190、190a、290、390、490控制装置;91、91b、393、911~913开关;91a电流限制部;92、92A、192a、292、392、492控制部;93驱动部;94电流传感器;100外装体主体;191终止电压判定部;192恢复电力判定部;193异常判定部;195温度传感器;200前壁部;201外部连接端子;293待机判定部;300上壁部;394试验模式部;400蓄电单元;911a~913aFET;911b~913b二极管;921充放电部;922预充电部;925基准电压生成部;926IV转换器;927比较部;928驱动部;931~936光电耦合器;941~944晶体管;1000、1000A、1002、1004蓄电系统;2000电源;3000负载。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1