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WO2016132414A1 - 蓄電モジュール、蓄電装置、蓄電システム、制御方法、電子機器、電動車両および電力システム - Google Patents

蓄電モジュール、蓄電装置、蓄電システム、制御方法、電子機器、電動車両および電力システム Download PDF

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Publication number
WO2016132414A1
WO2016132414A1 PCT/JP2015/006355 JP2015006355W WO2016132414A1 WO 2016132414 A1 WO2016132414 A1 WO 2016132414A1 JP 2015006355 W JP2015006355 W JP 2015006355W WO 2016132414 A1 WO2016132414 A1 WO 2016132414A1
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WO
WIPO (PCT)
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power storage
power
control
storage system
voltage
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/006355
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直之 菅野
浩二 梅津
典俊 今村
小野 洋明
和三 佐藤
小澤 淳史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2017500483A priority Critical patent/JP6540790B2/ja
Priority to US15/538,504 priority patent/US10361575B2/en
Publication of WO2016132414A1 publication Critical patent/WO2016132414A1/ja
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    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Definitions

  • the present technology relates to a power storage module, a power storage device, a power storage system, a control method, an electronic device, an electric vehicle, and a power system.
  • Patent Document 1 employs a configuration in which a plurality of power storage modules are connected in series in order to generate a large output.
  • an object of the present technology is to provide a power storage module, a power storage device, a power storage system, a control method, an electronic device, an electric vehicle, and a power system that are compatible with a power storage system capable of outputting a high voltage.
  • the present technology for example, A battery part; A controller, A communication department; A first insulating unit that insulates between the controller and the communication unit; And a second insulating part having a higher withstand voltage than that of the first insulating part.
  • this technique is, for example, A plurality of power storage modules connected in series; And a control device for controlling each power storage module, The power storage module A controller, A communication department; A first insulating unit that insulates between the controller and the communication unit; A second insulating part having a withstand voltage higher than the withstand voltage of the first insulating part, In this power storage device, a second insulating unit is provided between the communication unit and the control device of each power storage module.
  • the present technology includes, for example, a plurality of the power storage devices, A plurality of power storage devices are connected in series, A power storage system including an integrated control device that communicates with each control device.
  • the present technology may be an electronic device that receives power supply from the power storage system.
  • the present technology may be an electric vehicle including a conversion device that receives supply of electric power from the power storage system and converts the power into a driving force of the vehicle, and a control device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the power storage device.
  • the present technology may be a power system that includes a power information transmission / reception unit that transmits and receives signals to and from other devices via a network, and that performs charge / discharge control of the power storage system based on information received by the transmission / reception unit.
  • the present technology may be a power system that receives power from the power storage system or supplies power to the power storage system from a power generation device or a power network.
  • This technology is, for example, A control method in the power storage system, The integrated control unit Among the plurality of power storage devices, control to selectively supply the output of the predetermined power storage device to the load, This is a control method for performing control to increase the discharge current of a predetermined power storage device within a range smaller than the upper limit value when the output of the predetermined power storage device is selectively supplied to a load.
  • the present technology it is possible to provide a power storage module, a power storage device, a power storage system, a control method, an electronic device, an electric vehicle, and a power system corresponding to a power storage system that can output a high voltage.
  • the effect described here is not necessarily limited, and may be any effect described in the present technology. Further, the contents of the present technology are not construed as being limited by the exemplified effects.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining a configuration example of the power storage system and the like in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example of a string in the embodiment.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the power storage module according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a connection form of the power storage modules in the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a main configuration of a string in the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a detailed configuration of a string in the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a mounting state of components on the multilayer wiring board of the power storage module according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit configuration of the first insulating unit in the embodiment.
  • FIG. 9A and 9B are diagrams for explaining a specific example of the printed circuit board antenna according to the embodiment.
  • 10A and 10B are cross-sectional views for explaining the two-layer wiring board and the four-layer wiring board in the embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a configuration example of a balance circuit in the embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a specific example of the switch in the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an example of balance control.
  • FIG. 14 is a flowchart for explaining an example of the flow of balance control processing.
  • FIG. 15 is a block diagram for explaining a configuration example of the power storage system and the like in the second embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining a configuration example of a bypass circuit in the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining an operation example of the bypass circuit in the second embodiment.
  • FIG. 18 is a graph for explaining an example of the effect in the second embodiment.
  • FIG. 19 is a flowchart for explaining the main processing flow in the second embodiment.
  • FIG. 20 is a flowchart for explaining a process flow in the charging process according to the second embodiment.
  • FIG. 21 is a flowchart for explaining the flow of processing performed when an abnormality occurs in a predetermined string in the second embodiment.
  • FIG. 22 is a flowchart for explaining the flow of processing of the string return operation in the second embodiment. It is a figure for demonstrating an application example. It is a figure for demonstrating an application example.
  • An example of a secondary battery is a lithium ion secondary battery including a positive electrode active material and a carbon material such as graphite as a negative electrode active material, and includes a positive electrode active material having an olivine structure as a positive electrode material.
  • a lithium iron phosphate compound LiFePO 4
  • a lithium iron composite phosphate compound containing different atoms LiFe x M 1-x O 4 : M is one or more types
  • x is preferably 0 ⁇ x ⁇ 1).
  • M is two or more kinds, M is selected so that the sum of the subscripts is 1-x.
  • M includes transition elements, IIA group elements, IIIA group elements, IIIB group elements, IVB group elements, and the like.
  • those containing at least one of cobalt (Co), nickel, manganese (Mn), iron, aluminum, vanadium (V), and titanium (Ti) are preferable.
  • the positive electrode active material is a metal oxide (for example, selected from Ni, Mn, Li, etc.) or phosphoric acid having a composition different from that of the oxide on the surface of the lithium iron phosphate compound or lithium iron composite phosphate compound.
  • the coating layer containing a compound (for example, lithium phosphate etc.) etc. may be given.
  • lithium lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ) having a layered rock salt structure, spinel structure
  • Li lithium cobaltate
  • LiNiO 2 lithium nickelate
  • LiMnO 2 lithium manganate
  • spinel structure A lithium composite oxide such as lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) may be used.
  • graphite used as a negative electrode active material There is no limitation in particular as graphite used as a negative electrode active material, The graphite material used in the industry can be used widely.
  • As the negative electrode material lithium titanate, silicon (Si) -based material, tin (Sn) -based material, or the like may be used.
  • the method for producing the battery electrode is not particularly limited, and a wide variety of methods used in the industry can be used.
  • the electrolytic solution used in the present technology is not particularly limited, and a wide variety of electrolytic solutions used in the industry including liquid and gel forms can be used.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power storage system 1A and the like according to the first embodiment of the present technology.
  • the power storage system 1A is generally provided with four strings STR1 to STR4 connected in series and an integrated controller INC as an integrated control device.
  • the string STR includes a power storage module group SMOD configured by connecting 16 power storage modules MOD in series, and a control box ICNT as a control device for controlling each power storage module MOD. Communication is possible between the ICNT and the integrated controller INC.
  • the integrated controller INC may be referred to as an EMU (Energy Management Unit), and the control box ICNT may be referred to as a BMU (Battery Management Unit).
  • EMU Electronicgy Management Unit
  • BMU Battery Management Unit
  • one power storage module MOD outputs about 51.2 V (volts).
  • the 16 storage modules MOD connected in series output about 820V (51.2V ⁇ 16). That is, the output per string STR is about 820V, and the power storage system 1A in which the four strings STR are connected in series can output a high voltage of about 3280V (820V ⁇ 4).
  • the output of the power storage system 1A is supplied to a load 2 such as a railway that requires a high voltage.
  • the system 1 is connected to a DC power supply system shown in FIG. 1 through an AC (Alternating Current) -DC (Direct Current) converter 4.
  • the system 3 is a high voltage distribution system that supplies a high voltage of about 2500 to 3500 V, for example.
  • AC power is supplied from the system 3
  • the AC power is converted into DC power by the AC-DC converter 4.
  • the power supplied from the grid 3 may be supplied to the load 2, and the predetermined power storage module MOD in the power storage system 1 ⁇ / b> A may be charged by the power supplied from the grid 3.
  • Electric power may be sold by supplying the output of the power storage system 1A to a power company or the like via the system 3.
  • the integrated controller INC, the control box ICNT, and each power storage module MOD are provided with an insulating section that enables the output of the power storage system 1A to be equal to or higher than the DC insulation voltage.
  • a DC insulation voltage of 4 kV (kilovolt) is possible.
  • the string STR is a unit in which a plurality of power storage modules MOD and a control box ICNT are combined. As shown in FIG. 2, as an example, 16 power storage modules MOD1 to MOD16 are connected in series. The power storage modules MOD1 to MOD16 are connected to the interface bus BS via the insulating part IS.
  • Each power storage module MOD includes a module controller (not shown), and each module controller is connected to the control box ICNT.
  • the control box ICNT performs management for charge management, discharge management, deterioration suppression, and the like.
  • the control box ICNT is constituted by a microcomputer.
  • a serial interface is used as the bus in the power storage module MOD and the bus BS connecting the power storage module MOD and the control box ICNT.
  • an SM bus System Management Bus
  • CAN Controller Area Network
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • I2C bus can be used.
  • the I2C bus is synchronous serial communication in which communication is performed using two signal lines of SCL (serial clock) and bidirectional SDA (serial data).
  • Communication is performed between the module controller of each power storage module MOD and the control box ICNT.
  • the control box ICNT receives information on the internal state of each power storage module MOD, that is, battery information, and the charging process and the discharge process of each power storage module MOD are managed.
  • the control box ICNT supplies an output (16 ⁇ 51.2 V) of 16 power storage modules connected in series to the load 2.
  • the number of power storage modules MOD is not limited to 16 and can be changed as appropriate.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a mechanical configuration of the power storage module MOD.
  • the exterior case of the power storage module MOD is composed of a metal exterior lower case 5a and an exterior upper case 5b that are processed by sheet metal.
  • a material for the exterior lower case 5a and the exterior upper case 5b it is preferable to use a material having high thermal conductivity and emissivity. Excellent casing heat dissipation can be obtained, and temperature rise in the case can be suppressed.
  • the material of the exterior lower case 5a and the exterior upper case 5b is aluminum, an aluminum alloy, copper, or a copper alloy.
  • an external positive terminal 6 and an external negative terminal 7 for charging / discharging the power storage module MOD are provided on the back surface of the case.
  • a current breaker 8 is provided on the back of the power storage module MOD. By providing the current breaker 8, safety can be improved. Further, a connector 9 for communication with a control circuit arranged in the case 5 is provided. The control circuit is provided for monitoring the temperature of the battery unit and controlling charging, discharging, and the like. Further, a display element such as an LED indicating an operating state is provided on the front surface of the case.
  • the outer lower case 5a of the case 5 has a box-like configuration, and the outer upper case 5b is provided so as to cover the opening.
  • the sub modules AS1 to AS4 are stored in the storage space of the outer lower case 5a.
  • a plurality of bosses are formed on the bottom surface of the exterior lower case 5a.
  • the submodules AS1 to AS4 are assembled in advance outside the case.
  • Each sub module is a unit in which a plurality of battery blocks are integrated by an insulating case as a sub storage case.
  • a molded part such as plastic can be used.
  • the submodules AS1 to AS4 store a plurality of battery blocks in a case so that the positive terminal and the negative terminal of the internal battery block are not exposed.
  • One battery block is, for example, eight cylindrical lithium ion secondary batteries connected in parallel.
  • the submodules AS1 and AS2 are obtained by integrating six battery blocks by an upper case and a lower case, respectively.
  • a connecting metal plate such as a bus bar is used to connect the battery blocks in series.
  • the bus bar is an elongated rod-shaped metal.
  • a plurality of holes are formed in the bus bar for connection to a connection metal plate or the like led out from the battery block.
  • battery blocks B1 to B16 each having eight batteries connected in parallel are connected in series. Connecting eight batteries in parallel is called 8P (Parallel). Connecting 16 battery blocks in series is called 16S (Series). Therefore, the battery unit (sometimes referred to as a battery block group) BB of each power storage module MOD shown in FIG. 4 has a configuration of 8P16S.
  • the battery blocks B1 to B16 are each connected to a module controller CNT as a control device of each power storage module MOD, and charge / discharge is controlled. Charging / discharging is performed via the external positive terminal 6 and the external negative terminal 7.
  • the battery blocks B1 to B6 are included in the submodule AS1
  • the battery blocks B11 to B16 are included in the submodule AS2.
  • battery blocks B7 and B10 are included in submodule AS3
  • battery blocks B8 and B9 are included in submodule AS4.
  • the power storage module MOD to which the above-described lithium ion secondary battery is applied outputs 51.2 V (16 ⁇ 3.2 V).
  • the structure of a battery part can be changed suitably.
  • Information such as the voltage between the positive and negative electrodes of each battery block is supplied via the bus 10 to the module controller CNT as a controller.
  • the module controller CNT monitors the voltage, current, and temperature of each battery block, and outputs the monitored result as battery information.
  • Each power storage module MOD includes a communication unit COM, a first insulating unit ISA, a module controller CNT, a battery block group BB, and a second insulating unit ISB.
  • reference numerals corresponding to the respective power storage modules MOD are added to the respective components. Further, in order to prevent the illustration from being complicated, reference numerals for some components are omitted.
  • the storage module MOD and the control box ICNT are connected by communication lines L1 and L2 and a power supply line Lp. Bidirectional communication is performed between the control box ICNT and the power storage modules MOD1 to MOD16 through the communication lines L1 and L2.
  • CAN is used as the communication method.
  • CAN is used as an in-vehicle LAN.
  • the module controller CNT includes, for example, a multiplexer that sequentially outputs the voltage across the battery blocks B1 to B16 and the voltage of each battery block, and an A / D converter that converts one analog voltage data selected by the multiplexer into digital voltage data. (ADC) and switching control for performing balance processing, which will be described later, and a control unit (REGCNT) for communicating with the communication unit.
  • a control signal is input from the control box ICNT to the control unit via communication. Note that the temperature, current, and the like of the battery blocks B1 to B16 may be acquired by the module controller CNT.
  • the module controller CNT (ADC, control unit, etc.) is a low voltage power supply unit that can operate with a low voltage (for example, about 3.5V to 5V) power supply.
  • the present technology is configured to supply power to the low voltage power supply unit from the control box ICNT. When power is supplied from the battery blocks B1 to Bn, the balance between the power storage modules MOD may be lost. In the present technology, since the power for the low voltage power supply unit of the module controller CNT is supplied from the control box ICNT, such a problem does not occur.
  • the communication unit COM of each power storage module MOD includes a communication unit for performing communication, an MCU (Micro Controller Unit) for controlling each unit of the communication unit COM, and a power supply unit.
  • a power supply voltage of 3.5 V is input from the control box ICNT to the power supply unit through the power supply line Lp.
  • the first insulating unit ISA has a function of insulating between the communication unit COM and the module controller CNT. That is, the reference potential of the power source of the communication unit COM and the reference potential of the power source of the module controller CNT are separated and made independent. Further, in the insulated state, the first insulating unit ISA has a function of supplying a power supply voltage input via the power supply unit of the communication unit COM to the module controller CNT, and a function as a transmission medium for bidirectional communication. It has.
  • the CAN standard can be used as a two-way communication method performed through the first insulating unit ISA.
  • a power transmission method performed through the first insulating portion ISA an electromagnetic induction method, a magnetic field resonance method, a radio wave reception method, or the like can be used.
  • This technology uses contactless IC card technology.
  • the antenna coil of the reader / writer (R / W) and the antenna coil of the card (Card) are magnetically coupled to perform communication and power transmission between the reader / writer and the card.
  • the communication is performed at a speed of 212 or 424 kbps using a method of ASK (Amplitude ⁇ ⁇ Shift Keying) modulation of a carrier wave having a frequency of 13.56 kHz.
  • ASK Amplitude ⁇ ⁇ Shift Keying
  • the first insulating portion ISA has the same specifications as the non-contact IC card method. Further, the first insulating portion ISA performs communication and power transmission between antennas (coils) formed on different layers of the multilayer printed board.
  • a MPU Micro Processing Unit
  • a non-contact IC card reader / writer side LSI Large Scale Integrated Circuit 22
  • printed circuit board antennas 23 and 24, a non-contact IC card type LSI 25 on the card side, and a module controller CNT are mounted on the multilayer printed circuit board 21.
  • a transmission signal is transmitted from the antenna 23 of the reader / writer unit 26 to the card unit 27 having a carrier wave amplitude of 2 to 13 Vop and a modulation degree of about 10%. It is formed.
  • a transmission signal is transmitted from the antenna 23 to the antenna 24 of the card unit 27.
  • a signal received by the antenna 24 is a high-frequency signal having a carrier amplitude of 2 to 13 Vop and a modulation degree of about 10%, for example.
  • a power source in the card unit 27 is formed. The power consumption in the card unit 27 is sufficiently small.
  • FIG. 9A An example of a printed circuit board antenna will be described.
  • FIG. 9B a two-layer printed board having two wiring layers LY11 and LY12 is used.
  • an antenna 23 on the primary side is formed by a spiral pattern 31a, a linear pattern 31b, and a linear pattern 31c.
  • a spiral pattern 31a is formed on the fourth wiring layer LY4 of the four-layer printed circuit board, and the end of the central portion of the pattern 31a is connected to the land 32a of the third wiring layer LY3 via the land and the through hole.
  • the A linear pattern 31b is formed between the land 32a and the land 32b.
  • the land 32b is connected to the linear pattern 31c through the through hole and the land of the third wiring layer LY3.
  • the ends of the patterns 31a and 31c are connected to a connector (not shown).
  • the secondary (card side) antenna 24 is formed by a spiral pattern 41a, a linear pattern 41b, a linear pattern 41c, and a linear pattern 41d.
  • a spiral pattern 41a having one end connected to a connector (not shown) is formed on the first wiring layer LY1 of the four-layer printed board. It is connected to the linear pattern 41b through the land 42a, the through hole, and the land of the second wiring layer LY2.
  • One end of the pattern 41b is connected to the land 42b and the land of the first wiring layer LY1 through the through hole.
  • One end of the linear pattern 41c is connected to the land of the first wiring layer LY1.
  • the other end of the linear pattern 41c is connected to a connector (not shown).
  • one end of the linear pattern 41d is connected to the land 42c connected to the spiral pattern 41a.
  • the other end of the linear pattern 41d is connected to the reference potential point.
  • the printed circuit board antenna is composed of different wiring layer patterns. Through holes and lands are used to connect different wiring layers. As a result, as shown in FIG. 10A, unnecessary lands 32c and 32d are generated in the fourth wiring layer, and unnecessary lands 42d are generated in the first wiring layer.
  • jumper wires may be used instead of forming the above-described pattern on the other wiring layer of the printed circuit board. That is, jumper lines are used instead of the pattern 31b in FIG. 10A and the patterns 41b and 41d in FIG. 10B. In this case, a two-layer printed circuit board can be used, and it becomes unnecessary to form a through hole, and it is possible to prevent unnecessary lands from being generated. By not forming the through hole, it is possible to further increase the withstand voltage of the printed circuit board.
  • 1st insulation part ISA is performing the insulation between a primary side antenna and a secondary side antenna with a printed circuit board. Therefore, in the first insulating portion ISA of the present technology, the DC insulation voltage can be about 1000V. Furthermore, there is an advantage that bidirectional communication and power transmission are possible, and the cost can be reduced.
  • the second insulating part ISB has a function of insulating between the module controller CNT and the control box ICNT.
  • the power supply line Lp has a function of insulating between the communication unit COM of the power storage module MOD and the control box ICNT.
  • the second insulating part ISB uses an insulating transformer system using a transformer, but is not limited thereto.
  • the communication lines L1 and L2 may be provided with an insulating part similar to the second insulating part.
  • the withstand voltage of the second insulating part ISB is set larger than the withstand voltage of the first insulating part ISA and larger than the output of the power storage system 1A.
  • the withstand voltage of the second insulating portion ISB is set to 4 kV (4000V).
  • a balance circuit 50 is connected to the power storage modules MOD1 to MOD16.
  • the balance circuit 50 is a circuit that controls the voltages of the power storage modules MOD1 to MOD16 to be equal.
  • Examples of the balance control performed by the balance circuit 50 include active bottom cell balance control and active top cell balance control.
  • the active bottom cell balance control when a certain battery block group BB reaches the use lower limit voltage, the remaining capacity is the highest (highest potential) from the battery block group BB where the other capacity is the lowest (lowest potential). In this control, the remaining capacity is almost equalized by transferring the power to.
  • the active top cell balance control power is transferred from the battery block group BB having the highest capacity (highest potential) to the battery block group BB having the lowest capacity (lowest potential) when a certain battery block group BB reaches the use upper limit voltage. This is the control to make the remaining capacity almost equal by shifting
  • the passive method can be applied as the balance control, the active method is preferable because the capacity can be effectively used.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the balance circuit 50 in the embodiment.
  • a flyback transformer T1 is configured by the primary coil W1, the secondary coil W01, and the magnetic core M1.
  • the primary coil W1 and the switch S1 are connected in series, and the secondary coil W01 and the switch S01 are connected in series.
  • flyback transformers T2 to T16 are configured by the primary side coils W2 to W16, the secondary side coils W02 to W016, and the magnetic cores M2 to M16.
  • Primary coils W2 to W16 and switches S2 to S16 are connected in series.
  • Secondary coils W02 to W016 and switches S02 to S016 are connected in series.
  • the series circuit of the primary side coil W1 of the flyback transformer T1 and the switch S1 is connected to the positive side and the negative side of the battery block group BB1 of the power storage module MOD1.
  • the series circuits of the other primary coils W2 to W16 and switches S2 to S16 are connected to the positive side and the negative side of the battery block groups BB2 to BB16 of the corresponding power storage modules MOD2 to MOD16.
  • the balance circuit 50 includes a power storage element 51, and a common power supply voltage CV is generated by the power storage element 51.
  • the common power supply voltage CV is set to a voltage lower than the total voltage 819.2V of the series connection of the battery block groups.
  • the voltage is set to be approximately 1/3 or less of the withstand voltage of the secondary side switch.
  • it is set to a value substantially equal to the unit voltage (51.2 V) of the battery block group.
  • the potential of the common power supply voltage CV is controlled to be a desired voltage without overflowing or depleting by controlling the total discharge current and the total charge current.
  • the storage element 51 is a battery, a capacitor, or the like.
  • One common power supply line CL + is set to the common power supply voltage CV and the other common power supply line CL ⁇ is set to 0 V by the power storage element 51.
  • the other common power supply line CL- is a separate power supply that is not connected to the series-connected power supply (V-) of the battery block groups of the plurality of power storage modules. However, the common power supply line CL- may be connected to the power supply V-.
  • One ends of the divided secondary coils W01 to W016 are respectively connected to the common power supply line CL +, and the other ends of the divided secondary coils W01 to W016 are respectively connected to the common power supply line CL- through the switches S01 to S016.
  • the switches S0 to S16 and the switches S01 to S016 are constituted by, for example, MOSFETs.
  • the switch S01 of the flyback transformer T1 is composed of a MOSFET Q01 and a diode D01 connected between its drain and source, and the switch S1 is connected between the MOSFET Q1 and its drain and source. It is comprised by the diode D1.
  • the on / off of the switch is controlled by the module controller CNT according to the control of the control unit (HOST) of the control box ICNT.
  • the control box ICNT receives the voltage monitoring result information from the module controller CNT of each power storage module, and generates a control signal (pulse signal).
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors: insulated gate bipolar transistors
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors: insulated gate bipolar transistors
  • the common power supply voltage CV is applied to the series circuit of the secondary coils W01 to W016 and the switches S01 to S016.
  • the withstand voltage of the secondary side switches S01 to S016 can be set to about 154V.
  • Such a withstand voltage is not so high for the semiconductor switches constituting the secondary side switches S01 to S016, and the balance circuit 50 can be easily constructed.
  • the winding ratio of the primary side coil and the secondary side coil is not limited to 1, but the phase is reversed between the primary side and the secondary side. Further, the flyback transformers T1 to T16 can transmit power in both directions. Therefore, the notation of the primary side and the secondary side is for convenience, and both power transmission from the primary side to the secondary side and power transmission from the secondary side to the primary side are possible.
  • flyback transformer T1 As an example, when the switch S1 is turned on from the state where the switches S1 and S01 are off, a current flows through the coil W1, and the magnetic core M1 is magnetized. While the switch S1 is on, a current that increases with time flows through the coil W1. Next, when the switch S1 is turned off and the switch S01 is turned on, since the magnetic core is magnetized, a current flows through the coil W01 via the switch S01. This current becomes a current that decreases with time. The operation of other flyback transformers is the same.
  • the flyback transformer has a function as a coupled inductor.
  • the balance circuit 50 moves power through the two stages of the bidirectional flyback transformer.
  • the operation when the voltage of the battery block group BB3 is the highest and 56.5V, and the voltage of the battery block group BB2 is the lowest and 55.9V will be described.
  • the switch S3 of the flyback transformer T3 is turned on, and a current flows through the primary coil W3 using the battery block group BB3 as a power source.
  • the switch S3 is turned off and the switch S03 is turned on. Due to the electromagnetic energy, a current flows through the secondary coil W03, and the storage element 51 is charged.
  • the switch S03 is turned off, the switch S02 of the flyback transformer T2 is turned on, and a current flows through the secondary coil W02 by the storage element 51.
  • the switch S02 is turned off, the switch S2 is turned on, and the battery block group BB2 is charged by the current flowing through the primary coil W2. In this way, active top cell balance control is performed.
  • the control box ICNT as the host controller monitors the voltage of each power storage module MOD, and controls the inter-module balance control operation to stop when the detected batteries of the power storage modules become equal to each other. And when a difference arises in the voltage of an electrical storage module, the balance control operation between modules is started.
  • the active top cell balance control is described as an example. However, the active bottom cell balance control may be performed, and the same switch control is performed so that the voltages of the power storage modules MOD1 to MOD16 become equal. Is done.
  • FIG. 14 is a flowchart for explaining an example of the flow of processing of balance control (for example, active top cell balance control).
  • balance control for example, active top cell balance control.
  • step ST1 the voltage of the power storage module MOD is monitored by the module controller CNT. This process is performed periodically, for example. Then, the process proceeds to step ST2, and in step ST2, the control box ICNT acquires the voltage of each power storage module MOD periodically transmitted from the module controller CNT.
  • step ST3 it is determined whether or not the maximum voltage Vmax among the voltages of each power storage module MOD is equal to or higher than a threshold value (for example, 55.2V). If the maximum voltage Vmax is smaller than the threshold value, the process returns to step ST2 and the determination process is repeated. If the maximum voltage Vmax is greater than or equal to the threshold, the process proceeds to step ST4.
  • a threshold value for example, 55.2V
  • step ST4 the control box ICNT instructs the storage module MOD to start the balance control, and the balance control is performed by sequentially turning on / off predetermined switches. Note that the details of the balance control have already been described with reference to an example, and therefore redundant description will be omitted. Then, the process proceeds to step ST5.
  • step ST5 the control box ICNT acquires the voltage measured in each power storage module MOD. Then, the process proceeds to step ST6.
  • step ST6 the control box ICNT determines whether or not the voltages of all the power storage modules MOD are within a predetermined range, for example, a range of 54.4V or more and 54.8V or less. If the voltages of all the power storage modules MOD are not within the predetermined range, the process returns to step ST4 and the balance control is continued. If the voltages of all the power storage modules MOD are within the predetermined range, the process proceeds to step ST7 and the balance is continued. Control is terminated.
  • the control box ICNT is connected to the power storage element 51 via the common power supply line CL, and is configured such that a voltage is supplied from the power storage element 51 to the control box ICNT.
  • the control box ICNT includes, for example, a control unit (HOST) 61, a power count unit 62, a communication unit 63, an AC / DC converter 64, a power supply unit 65, a DC-DC converter 66, and a third insulation. And an insulating part ISC as a part.
  • the control unit 61 controls the operation of the control box ICNT and executes control for each module controller CNT.
  • the power counting unit 62 stabilizes the output power of the power storage system 1A, and recalculates the power supplied to the load 2.
  • the communication unit 63 is for communicating with the communication unit COM of the module controller CNT.
  • the AC / DC converter 64 converts AC power into DC power as necessary.
  • the power supply unit 65 appropriately converts the power supply voltage supplied from the DC-DC converter 66 into an AC signal and supplies it to the power storage module MOD.
  • the DC-DC converter 66 generates a power supply voltage (for example, 5 V) of the module controller CNT from the common power supply voltage CV input from the power storage element 51.
  • the power supply voltage generated by the DC-DC converter 66 is supplied to the power storage module MOD via the power supply line Lp, and further to the module controller CNT via the second insulating part ISB, the communication part COM, and the first insulating part ISA. Supplied.
  • the insulating portion ISC is provided between the power storage element 51 and the control box ICNT in the common power supply line CL, and enables the same withstand voltage (for example, 4 kV) as the second insulating portion ISB of the module controller CNT.
  • the insulating portion ISC it is possible to prevent the output of the power storage system 1A from leaking to the control box ICNT via the common power line CL due to the abnormality of the power storage system 1A, and the control box ICNT from being damaged. is doing.
  • the control box ICNT is communicably connected to the integrated controller INC.
  • the communication line between the control box ICNT and the integrated controller INC is connected by a parallel communication line, for example, similarly to the communication line between the control box ICNT and the power storage module MOD.
  • the integrated controller INC includes a communication unit, a control unit, and the like, and can communicate with a control device provided in the control box ICNT or a load.
  • control box ICNT may generate and supply the power supply voltage of the integrated controller INC from the common power supply voltage CV.
  • the integrated controller INC may include an insulating unit as a fourth insulating unit that insulates between the integrated controller INC and the control box ICNT.
  • a high voltage can be output by connecting a plurality of power storage modules in series.
  • the lithium ion secondary battery mentioned above is used as an example of a secondary battery.
  • the power storage system is directly connected to the supply system, and the output of the power storage system is supplied without using a booster circuit or the like.
  • the booster circuit and the like corresponding to high power will be enlarged and the entire system may be enlarged.
  • the booster circuit is not used in the embodiment, downsizing of the system can be realized.
  • Second Embodiment> Next, a second embodiment will be described. Unless otherwise specified, the items described in the first embodiment can be applied to the second embodiment.
  • FIG. 15 illustrates a configuration of the power storage system 1B and the like according to the second embodiment of the present technology.
  • the power storage system 1B is obtained by adding a bypass circuit 60 to the configuration of the power storage system 1A in the first embodiment.
  • a bypass circuit 60 Describing schematically the second embodiment, in the second embodiment, when an abnormality occurs in a certain string STR, only the output of the normal string STR is supplied to the load 2 via the bypass circuit 60. At this time, the current flowing through the power storage module MOD is increased within a range of a predetermined upper limit value to maintain the power output amount.
  • bypass circuit An example of the bypass circuit 60 will be described with reference to FIG.
  • the ⁇ (minus) output terminal of the power supply line is connected to the minus side of the power line of the string STR1 via the connection point T1a, the switch SW10, and the coil L10.
  • the + side of the power line of the string STR1 is connected to the negative side of the power line of the string STR2 via the connection point T1b, the connection point T2a connected to the connection point T1b, the switch SW20, and the coil L20.
  • the + side of the power line of the string STR2 is connected to the negative side of the power line of the string STR3 via the connection point T2b, the connection point T3a connected to the connection point T2b, the switch SW30, and the coil L30.
  • the + side of the power line of the string STR3 is connected to the negative side of the power line of the string STR4 via the connection point T3b, the connection point T4a connected to the connection point T3b, the switch SW40, and the coil L40.
  • the + side of the power line of the string STR4 is connected to the + (plus) output terminal of the power supply line via the connection point T4b.
  • a bypass route BL1 is formed as a route branched from the connection point T1a and connected to the connection point T1b. Between the connection point T1a and the connection point T1b in the bypass route BL1, the coil L11 and the coil L11 are connected. A switch SW11 is provided. Further, a bypass path BL2 is formed as a path branched from the connection point T2a and connected to the connection point T2b. Between the connection point T2a and the connection point T2b in the bypass path BL2, the coil L21 and the coil L21 are connected. A switch SW21 is provided.
  • a bypass path BL3 is formed as a path branched from the connection point T3a and connected to the connection point T3b. Between the connection point T3a and the connection point T3b in the bypass path BL3, the coil L31 is connected from the connection point T3a side. And a switch SW31. Further, a bypass path BL4 is formed as a path branched from the connection point T4a and connected to the connection point T4b. Between the connection point T4a and the connection point T4b in the bypass path BL4, the coil L41 and the coil L41 are connected from the connection point T4a side. A switch SW41 is provided.
  • the on / off of the switches SW10 and 11 is controlled by the control box ICNT1.
  • the on / off of the switches SW20 and 21 is controlled by the control box ICNT2.
  • ON / OFF of the switches SW30 and 31 is controlled by the control box ICNT3.
  • the on / off of the switches SW40 and 41 is controlled by the control box ICNT4.
  • Each coil is provided for the purpose of removing an alternating current component and is not necessarily required.
  • the integrated controller INC notified of the abnormality of the string STR3 instructs the control box ICNT3 to turn on / off the switches SW30 and 31 described above. Furthermore, the integrated controller INC instructs the control boxes ICNT1, 2, 4 of the normal strings STR1, 2, 4 to increase the discharge current.
  • the control box ICNT1 instructs the power storage module MOD constituting the string STR1 to increase the discharge current.
  • the control box ICNT1 sets the discharge current to 0.75C.
  • C Capacity
  • 1C is the magnitude of the charge current or the discharge current that completes charging or discharging in one hour.
  • the magnitude of the discharge current can be changed by connecting a variable resistor to the current path of the power storage module MOD and changing the resistance value.
  • FIG. 18 is a graph of the control described above.
  • a graph VG1 indicates the output voltage of the power storage system 1B
  • a graph PG1 indicates the supply power of the power storage system 1B.
  • the output voltage of the power storage system 1B is about 3200V.
  • the discharge current is increased while operating another normal string STR as described above.
  • substantially the same power as that in the normal state can be supplied to the load.
  • substantially the same power as that in the normal state can be supplied to the load by further increasing the discharge current while operating other normal strings STR as described above.
  • the upper limit value of the discharge current of the power storage module MOD is set in advance according to the specification.
  • the upper limit value is assumed to be 25A. Even if an abnormality occurs in the strings STR 1, 2, and 3, theoretically, the power (32 kW) that is normal can be supplied to the load if the discharge current of the string STR 4 is set to about 40 A. However, since 40A exceeds the upper limit value, in such a case, power is not supplied to the load 2 only by the string STR4, but the power supplied from the system 3 is supplied to the AC-DC converter 4. To the load 2.
  • step ST11 the integrated controller INC communicates with each control box ICNT, and acquires the voltage of each power storage module MOD in the string STR. If the voltage of each power storage module MOD is within a predetermined range, it is determined to be normal, otherwise it is determined to be abnormal. If it is determined that there is an abnormality, the process proceeds to step ST20 and the power storage system 1B is stopped. If it is determined that the voltage of each power storage module MOD is normal, the process proceeds to step ST12.
  • step ST12 the integrated controller INC communicates with the load 2 to confirm the power required by the load 2. Then, the process proceeds to step ST13.
  • step ST13 it is confirmed whether or not the connection between the strings STR, the connection between the power storage system 1B and the load 2, the connection between the power storage modules MOD, and the like are normal. If an abnormality is found in the connection, the process proceeds to step ST20 and stops the power storage system 1B. If the connection is normal, the process proceeds to step ST14.
  • step ST14 the power storage system 1B is discharged. Note that although the discharge is described here as an example, charging may be performed. Then, the process proceeds to steps ST16 and ST17.
  • the integrated controller INC periodically checks whether or not the voltage of the power storage module MOD is within a predetermined range, and whether or not there is a notification from the control box ICNT that an abnormality has occurred in the string STR.
  • the abnormality of the string STR can be exemplified by a sudden rise in temperature of the power storage module MOD constituting the string STR, breakage such as disconnection.
  • step ST17 if the voltage of the power storage module MOD falls outside the predetermined range due to a sudden drop or the like, the process proceeds to step ST20, the output of the power storage system 1B is stopped, and power is supplied from the grid 3 to the load 2. Supply.
  • the process proceeds to the process described later. If the voltage of the power storage module MOD is normal and there is no abnormality in the string STR, the process proceeds to step ST17.
  • step ST17 the integrated controller INC acquires and checks the power of the load 2. This process may be performed periodically. Then, the process proceeds to step ST18.
  • step ST18 when the power required by the load 2 fluctuates, a process of discharging by changing the power output from the power storage system 1 as necessary is performed. For example, the power output from the power storage system 1B is changed by increasing or decreasing the discharge current of the power storage module MOD. Then, the process proceeds to step ST19.
  • step ST19 the remaining amount of the power storage module MOD is periodically checked. If the minimum voltage V among the voltages of the power storage module MOD is larger than the predetermined value Vmin, the process proceeds to step ST14 and the discharge is continued. When voltage V reaches predetermined value Vmin, the process proceeds to step ST20, the output of power storage system 1B is stopped, and power is supplied from system 3 to load 2.
  • step ST31 it is determined whether or not charging is possible. That is, it is determined whether or not the voltage V of each power storage module MOD is within a predetermined range (Vmin ⁇ V ⁇ Vmax). When the voltage V of each power storage module MOD is not within a predetermined range, for example, when a certain power storage module MOD is in an overdischarge (overcharge) state, the process is terminated and charging is not performed. If the voltage V of each power storage module MOD is within the predetermined range, the process proceeds to step ST32, and charging is performed using, for example, power supplied from the grid 3. Then, the process proceeds to step ST33.
  • step ST33 the voltage V of each power storage module MOD is confirmed. If any voltage V is within a predetermined range (Vmin ⁇ V ⁇ Vmax), the process returns to step ST31 and charging is continued. When the maximum voltage among the voltages V reaches Vmax, the process proceeds to step ST34, and balance control is performed. Since the balance control has been described in detail in the first embodiment, a duplicate description is omitted. After balance control is performed, the process ends.
  • step ST41 the discharge current of the power storage module MOD in the normal string STR is set, and the power value is set so that the same power as in the normal state can be supplied to the load 2. If an abnormality occurs in the plurality of strings STR and the newly set discharge current I exceeds the upper limit value Imax, the process proceeds to step ST46.
  • step ST46 the output from power storage system 1B is stopped, AC-DC converter 4 is turned on, and power is supplied from system 3 to load 2. If the newly set discharge current I does not exceed the upper limit value Imax, the process proceeds to step ST42.
  • steps ST42 and ST43 by turning on / off a predetermined switch of the bypass circuit 60, the string STR in which an abnormality has occurred is disconnected and discharged. Then, the process proceeds to step ST44.
  • step ST44 the voltage of the power storage module MOD is periodically checked.
  • the process proceeds to step ST45, and the output from the power storage system 1B is stopped. Then, the process proceeds to step ST46, the AC-DC converter 4 is turned on, and power is supplied from the system 3 to the load 2.
  • step ST51 after repairing or replacing a part or all of the storage modules MOD of the string STR in which an abnormality has occurred, in steps ST52 and 53, the discharge, charging, etc. are performed on a trial basis, and the operation of the replaced string STR is confirmed. .
  • step ST54 the power storage system 1B is stopped. At this time, when the load 2 requires power, power from the system 3 is supplied. Then, the process proceeds to step ST55, and the replaced string STR and another string STR are connected. Note that balance control may be performed between the string STR exchanged at this time and another string STR. Then, the process proceeds to step ST56.
  • step ST56 a predetermined switch of the bypass circuit 60 is turned on / off, the replaced string STR is connected to the power storage system 1B, and power including the output from the replaced string STR is supplied to the load 2. The Then, the process ends.
  • the house 101 is provided with a power generation device 104, a power consumption device 105, a power storage device 103, a control device 110 that controls each device, a smart meter 107, and a sensor 111 that acquires various types of information.
  • Each device is connected by a power network 109 and an information network 112.
  • As the power generation device 104 a solar cell, a fuel cell, or the like is used, and the generated power is supplied to the power consumption device 105 and / or the power storage device 103.
  • the power consuming device 105 is a refrigerator 105a, an air conditioner 105b, a television receiver 105c, a bath 105d, and the like.
  • the electric power consumption device 105 includes an electric vehicle 106.
  • the electric vehicle 106 is an electric vehicle 106a, a hybrid car 106b, and an electric motorcycle 106c.
  • the power storage system of the present technology described above is applied to the power storage device 103.
  • the power storage device 103 is composed of a secondary battery or a capacitor.
  • a lithium ion secondary battery may be a stationary type or used in the electric vehicle 106.
  • the smart meter 107 has a function of measuring the usage amount of commercial power and transmitting the measured usage amount to an electric power company.
  • the power network 109 may be any one or a combination of DC power supply, AC power supply, and non-contact power supply.
  • the various sensors 111 are, for example, human sensors, illuminance sensors, object detection sensors, power consumption sensors, vibration sensors, contact sensors, temperature sensors, infrared sensors, and the like. Information acquired by the various sensors 111 is transmitted to the control device 110. Based on the information from the sensor 111, the weather condition, the human condition, etc. can be grasped, and the power consumption device 105 can be automatically controlled to minimize the energy consumption. Furthermore, the control device 110 can transmit information regarding the house 101 to an external power company or the like via the Internet.
  • the power hub 108 performs processing such as branching of power lines and DC / AC conversion.
  • the communication method of the information network 112 connected to the control device 110 includes a method using a communication interface such as UART (Universal Asynchronous Receiver-Transceiver), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark).
  • a communication interface such as UART (Universal Asynchronous Receiver-Transceiver), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark).
  • the Bluetooth (registered trademark) system is applied to multimedia communication and can perform one-to-many connection communication.
  • ZigBee (registered trademark) uses a physical layer of IEEE (Institute of Electrical and Electronics Electronics) (802.15.4). IEEE 802.15.4 is the name of a short-range wireless network standard called PAN (Personal Area Network) or W (Wireless) PAN.
  • the control device 110 is connected to an external server 113.
  • the server 113 may be managed by any one of the house 101, the power company, and the service provider.
  • the information transmitted and received by the server 113 is, for example, information related to power consumption information, life pattern information, power charges, weather information, natural disaster information, and power transactions. These pieces of information may be transmitted / received from a power consuming device (for example, a television receiver) in the home, or may be transmitted / received from a device outside the home (for example, a mobile phone). Such information may be displayed on a device having a display function, for example, a television receiver, a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant) or the like.
  • the control device 110 that controls each unit includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like, and is stored in the power storage device 103 in this example.
  • the control device 110 is connected to the power storage device 103, the home power generation device 104, the power consumption device 105, the various sensors 111, the server 113 and the information network 112, and adjusts, for example, the amount of commercial power used and the amount of power generation. have. In addition, you may provide the function etc. which carry out an electric power transaction in an electric power market.
  • electric power is generated not only from the centralized power system 102 such as the thermal power generation 102a, the nuclear power generation 102b, and the hydroelectric power generation 102c but also from the home power generation device 104 (solar power generation, wind power generation) to the power storage device 103.
  • the home power generation device 104 solar power generation, wind power generation
  • the electric power obtained by solar power generation is stored in the power storage device 103, and midnight power with a low charge is stored in the power storage device 103 at night, and the power stored by the power storage device 103 is discharged during a high daytime charge. You can also use it.
  • control device 110 is stored in the power storage device 103 .
  • control device 110 may be stored in the smart meter 107 or may be configured independently.
  • the power storage system 100 may be used for a plurality of homes in an apartment house, or may be used for a plurality of detached houses.
  • FIG. 24 schematically shows an example of the configuration of a hybrid vehicle that employs a series hybrid system to which the present technology is applied.
  • the series hybrid system is a vehicle that runs on a power driving force conversion device using electric power generated by a generator driven by an engine or electric power once stored in a battery.
  • the hybrid vehicle 200 includes an engine 201, a generator 202, a power driving force conversion device 203, driving wheels 204a, driving wheels 204b, wheels 205a, wheels 205b, a battery 208, a vehicle control device 209, various sensors 210, and a charging port 211. Is installed.
  • the above-described power storage system of the present technology is applied to the battery 208.
  • Hybrid vehicle 200 travels using electric power / driving force conversion device 203 as a power source.
  • An example of the power driving force conversion device 203 is a motor.
  • the electric power / driving force converter 203 is operated by the electric power of the battery 208, and the rotational force of the electric power / driving force converter 203 is transmitted to the driving wheels 204a and 204b.
  • DC-AC DC-AC
  • AC-DC conversion AC-DC conversion
  • the power driving force converter 203 can be applied to either an AC motor or a DC motor.
  • the various sensors 210 control the engine speed via the vehicle control device 209 and control the opening (throttle opening) of a throttle valve (not shown).
  • the various sensors 210 include a speed sensor, an acceleration sensor, an engine speed sensor, and the like.
  • the rotational force of the engine 201 is transmitted to the generator 202, and the electric power generated by the generator 202 by the rotational force can be stored in the battery 208.
  • the resistance force at the time of deceleration is applied as a rotational force to the power driving force conversion device 203, and the regenerative power generated by the power driving force conversion device 203 by this rotational force is applied to the battery 208. Accumulated.
  • the battery 208 is connected to a power source outside the hybrid vehicle, so that it can receive power from the external power source using the charging port 211 as an input port and store the received power.
  • an information processing apparatus that performs information processing related to vehicle control based on information related to the secondary battery may be provided.
  • an information processing apparatus for example, there is an information processing apparatus that displays a remaining battery capacity based on information on the remaining battery capacity.
  • the present technology is also effective for a parallel hybrid vehicle in which the engine and motor outputs are both driving sources, and the system is switched between the three modes of driving with only the engine, driving with the motor, and engine and motor. Applicable. Furthermore, the present technology can be effectively applied to a so-called electric vehicle that travels only by a drive motor without using an engine.
  • this technique can also take the following structures.
  • the power storage module is: A controller, A communication department; A first insulating unit that insulates between the controller and the communication unit; A second insulating part having a withstand voltage higher than the withstand voltage of the first insulating part, A power storage device in which the second insulating unit is provided between the communication unit and the control device of each power storage module.
  • the power storage device including a balance circuit that controls the battery units of each power storage module to have the same voltage and includes power storage elements.
  • the control device and the power storage element are connected via a common power line different from a power line to which the battery unit is connected, The control device is configured to generate a power supply voltage of the controller based on a voltage supplied from the power storage element, and the power supply voltage is supplied to the communication unit via the second insulating unit.
  • the integrated control device is configured to perform control to increase a discharge current of the predetermined power storage device within a range smaller than an upper limit value when an output of the predetermined power storage device is selectively supplied to a load.
  • (10) (6) is a control method in the power storage system according to,
  • the integrated control device is Among the plurality of power storage devices, control to selectively supply the output of a predetermined power storage device to a load, A control method for performing control to increase a discharge current of the predetermined power storage device within a range smaller than an upper limit value when an output of the predetermined power storage device is selectively supplied to a load.
  • (11) An electronic device that receives supply of electric power from the power storage system according to (6).
  • An electric vehicle comprising: a conversion device that receives supply of electric power from the power storage system according to (6) and converts the power into a driving force of the vehicle; (13) A power information transmitting / receiving unit that transmits and receives signals to and from other devices via a network; The electric power system which performs charging / discharging control of the electrical storage system as described in (6) based on the information which the said transmission / reception part received. (14) A power system that receives power from the power storage system according to (6) or supplies power to the power storage system from a power generation device or a power network.
  • the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like of the above-described embodiments can be combined with each other without departing from the gist of the present technology.
  • the present technology can be realized by a method or the like without being limited to an apparatus and a raw stem.

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Abstract

 蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電モジュールと、各蓄電モジュールを制御する制御装置とを備え、蓄電モジュールは、電池部と、コントローラと、通信部と、コントローラと通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部とを備え、各蓄電モジュールの通信部と制御装置との間に第2の絶縁部が設けられる。

Description

蓄電モジュール、蓄電装置、蓄電システム、制御方法、電子機器、電動車両および電力システム
 本技術は、蓄電モジュール、蓄電装置、蓄電システム、制御方法、電子機器、電動車両および電力システムに関する。
 近年では、リチウムイオン二次電池などの二次電池の用途が太陽電池、風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電装置、自動車用蓄電池等に急速に拡大している。例えば、下記特許文献1には、大出力を発生するために複数の蓄電モジュールを直列に接続する構成が採用される。
特開2011-259545号公報
 二次電池の用途によっては、例えば鉄道システムのようにより大出力を要求される場合があり、これらの要求に応じた蓄電システムを構築することが望まれている。
 したがって、本技術は、高電圧を出力できる蓄電システムに対応した、蓄電モジュール、蓄電装置、蓄電システム、制御方法、電子機器、電動車両および電力システムを提供することを目的の一つとする。
 上述の課題を解決するために、本技術は、例えば、
 電池部と、
 コントローラと、
 通信部と、
 コントローラと通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
 第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部と
 を備える蓄電モジュールである。
 また、本技術は、例えば、
 直列に接続された複数の蓄電モジュールと、
 各蓄電モジュールを制御する制御装置と
 を備え、
 蓄電モジュールは、
 コントローラと、
 通信部と、
 コントローラと通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
 第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部とを備え、
 各蓄電モジュールの通信部と制御装置との間に第2の絶縁部が設けられる蓄電装置である。
 本技術は、例えば
 上記蓄電装置を複数、備え、
 複数の蓄電装置が直列に接続されて成り、
 各制御装置と通信を行う統合制御装置を備える
 蓄電システムである。
 本技術は、上記蓄電システムから、電力の供給を受ける電子機器でもよい。
 本技術は、上記蓄電システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両でもよい。
 本技術は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上記蓄電システムの充放電制御を行う電力システムでもよい。
 本技術は、上記蓄電システムから、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電システムに電力を供給する電力システムでもよい。
 本技術は、例えば、
 上記蓄電システムにおける制御方法であり、
 統合制御装置が、
 複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給する制御を行い、
 所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行う
 制御方法である。
 本技術の少なくとも一の実施形態によれば、高電圧を出力できる蓄電システムに対応した蓄電モジュール、蓄電装置、蓄電システム、制御方法、電子機器、電動車両および電力システムを提供することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、例示された効果により本技術の内容が限定して解釈されるものではない。
図1は、第1の実施形態における蓄電システム等の構成例を説明するためのブロック図である。 図2は、実施形態におけるストリングの構成例を説明するための図である。 図3は、実施形態における蓄電モジュールの分解斜視図である。 図4は、実施形態における蓄電モジュールの接続形態を説明するための図である。 図5は、実施形態におけるストリングの主な構成を説明するための図である。 図6は、実施形態におけるストリングの詳細な構成を説明するための図である。 図7は、実施形態における蓄電モジュールの多層配線基板に対する部品の実装状態を示す図である。 図8は、実施形態における第1絶縁部の回路構成を示す図である。 図9A、図9Bは、実施形態におけるプリント基板アンテナの具体例を説明するための図である。 図10A、図10Bは、実施形態における2層配線基板および4層配線基板を説明するための断面図である。 図11は、実施形態におけるバランス回路の構成例を説明するための図である。 図12は、実施形態におけるスイッチの具体例を示す図である。 図13は、バランス制御の一例を説明するための図である。 図14は、バランス制御の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。 図15は、第2の実施形態における蓄電システム等の構成例を説明するためのブロック図である。 図16は、第2の実施形態におけるバイパス回路の構成例を説明するための図である。 図17は、第2の実施形態におけるバイパス回路の動作例を説明するための図である。 図18は、第2の実施形態における効果の一例を説明するためのグラフである。 図19は、第2の実施形態における主要な処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図20は、第2の実施形態における充電処理における処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図21は、第2の実施形態において、所定のストリングに異常が生じた場合に行われる処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図22は、第2の実施形態におけるストリングの復帰動作の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 応用例を説明するための図である。 応用例を説明するための図である。
 以下、本技術の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
<1.第1の実施形態>
<2.第2の実施形態>
<3.応用例>
<4.変形例>
 以下に説明する実施形態等は本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
「二次電池の一例について」
 始めに、本技術の実施形態等に対して適用可能な二次電池について説明する。二次電池の一例は、正極活物質と、黒鉛等の炭素材料を負極活物質として含むリチウムイオン二次電池であり、正極材料としてオリビン構造を有する正極活物質を含有するものである。
 オリビン構造を有する正極活物質としてさらに好ましくは、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO)、または、異種原子を含有するリチウム鉄複合リン酸化合物(LiFex1-x4 :Mは1種類以上の金属、xは0<x<1である。)が好ましい。また、Mが2種以上の場合は、各々の下付数字の総和が1-xとなるように選定される。
 Mとしては、遷移元素、IIA族元素、IIIA族元素、IIIB族元素、IVB族元素等が挙げられる。特にコバルト(Co),ニッケル,マンガン(Mn),鉄,アルミニウム,バナジウム(V),およびチタン(Ti)のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。
 正極活物質は、リチウム鉄リン酸化合物またはリチウム鉄複合リン酸化合物の表面に、該酸化物とは異なる組成の金属酸化物(例えば、Ni、Mn、Liなどから選択されるもの)やリン酸化合物(例えば、リン酸リチウム等)等を含む被覆層が施されていてもよい。
 リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な正極材料として、層状岩塩構造を有するコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、スピネル構造を有するマンガン酸リチウム(LiMn24)などのリチウム複合酸化物が使用されてもよい。
 負極活物質として使用される黒鉛としては、特に限定はなく、業界において用いられる黒鉛材料を広く用いることができる。負極の材料として、チタン酸リチウム、シリコン(Si)系材料、スズ(Sn)系材料等が使用されてもよい。
 電池の電極の製造法としては、特に限定はなく、業界において用いられている方法を広く用いることができる。
 本技術に用いられる電解液としては、特に限定はなく、液状、ゲル状を含み、業界において用いられる電解液を広く用いることができる。
「蓄電システムについて」
 図1は、本技術の第1の実施形態における蓄電システム1A等の構成を示した図である。蓄電システム1Aは、概略、直列に接続された4個のストリングSTR1~4と、統合制御装置としての統合コントローラINCとを備えている。ストリングSTRは、16個の蓄電モジュールMODが直列に接続されることにより構成される蓄電モジュール群SMODと、個々の蓄電モジュールMODを制御する制御装置としてのコントロールボックスICNTとを備えており、コントロールボックスICNTと統合コントローラINCとの間で通信ができるように構成されている。なお、統合コントローラINCはEMU(Energy Management Unit)と、コントロールボックスICNTはBMU(Battery Management Unit)とそれぞれ称される場合がある。
 実施形態では1個の蓄電モジュールMODが51.2V(ボルト)程度を出力する。この蓄電モジュールMODが16個、直列に接続された蓄電モジュール群SMODは、820V(51.2V×16)程度を出力する。すなわち、1ストリングSTR当たりの出力は820V程度であり、4個のストリングSTRが直列に接続された蓄電システム1Aは、3280V(820V×4)程度の高電圧を出力することができる。蓄電システム1Aの出力が、高電圧を必要とする鉄道等の負荷2に対して供給される。
 図1に示す直流電力供給システムに対して、系統3がAC(Alternating Current)-DC(Direct Current)コンバータ4を介して接続されている。系統3は、例えば2500~3500V程度の高電圧を供給する高電圧配電系統である。系統3から交流電力が供給される場合には、交流電力がAC-DCコンバータ4により直流電力に変換される。系統3から供給される電力を負荷2に対して供給してもよく、系統3から供給される電力により蓄電システム1Aにおける所定の蓄電モジュールMODを充電してもよい。蓄電システム1Aの出力を系統3を介して電力会社等に供給し売電がなされてもよい。
 なお、詳細は説明するが、統合コントローラINC、コントロールボックスICNT、各蓄電モジュールMODは、直流絶縁電圧として蓄電システム1Aの出力以上を可能とした絶縁部を備えている。一例として、本開示の実施形態の絶縁部においては、直流絶縁電圧として4kV(キロボルト)を可能としている。
「ストリングについて」
 ストリングSTRは、複数の蓄電モジュールMODとコントロールボックスICNTとを組み合わせた単位である。図2に示すように、一例として16個の蓄電モジュールMOD1~MOD16が直列に接続される。蓄電モジュールMOD1~MOD16が絶縁部ISを介してインターフェースバスBSと接続されている。
 個々の蓄電モジュールMODは、図示しないモジュールコントローラを備えており、各モジュールコントローラがコントロールボックスICNTと接続されている。コントロールボックスICNTが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。コントロールボックスICNTは、マイクロコンピュータによって構成されている。
 蓄電モジュールMOD内のバス並びに蓄電モジュールMODとコントロールボックスICNTとを接続するバスBSとしては、シリアルインターフェースが使用される。シリアルインターフェースとしては、具体的にSMバス(System Management Bus)、CAN(Controller Area Network)、SPI(Serial Peripheral Interface)等が使用される。例えばI2Cバスを使用することができる。I2Cバスは、SCL(シリアルクロック)と双方向のSDA(シリアル・データ)の2本の信号線で通信を行う同期式のシリアル通信である。
 各蓄電モジュールMODのモジュールコントローラとコントロールボックスICNTとの間で通信がなされる。この通信により、各蓄電モジュールMODの内部状態の情報、すなわち、電池情報をコントロールボックスICNTが受け取り、各蓄電モジュールMODの充電処理および放電処理が管理される。コントロールボックスICNTが16個の蓄電モジュールの直列接続の出力(16×51.2V)を負荷2に対して供給する。なお、蓄電モジュールMODの個数は16個に限定されることはなく、適宜変更することができる。
「蓄電モジュールの一例」
 図3は、蓄電モジュールMODの機械的構成を示す分解斜視図である。蓄電モジュールMODの外装ケースは、板金加工された金属製の外装下ケース5aおよび外装上ケース5bからなる。外装下ケース5aおよび外装上ケース5bの材料としては、高い熱伝導率および輻射率を有する材料を用いることが好ましい。優れた筐体放熱性を得ることができ、ケース内の温度上昇を抑制することができる。例えば、外装下ケース5aおよび外装上ケース5bの材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金または銅または銅合金である。ケースの背面には、蓄電モジュールMODに対して充放電のための外部正極端子6および外部負極端子7が設けられている。
 さらに、蓄電モジュールMODの背面に電流遮断器8が設けられている。電流遮断器8を設けることで、安全性を向上させることができる。さらに、ケース5内に配されている制御回路との間の通信用のコネクタ部9が設けられている。制御回路は、電池ユニットの温度の監視を行い、充電、放電等を制御するために設けられている。さらに、ケースの前面には、動作状態を示すLED等の表示素子が設けられている。
 ケース5の外装下ケース5aが箱状の構成を有し、その開口を覆うように、外装上ケース5bが設けられる。外装下ケース5aの収納スペース内に、サブモジュールAS1~AS4が収納される。サブモジュールAS1~AS4をビス止め等により固定するために、外装下ケース5aの底面に複数のボスが形成されている。サブモジュールAS1~AS4は、予めケースの外において組み立てられる。
 各サブモジュールは、複数の電池ブロックを副収納ケースとしての絶縁性のケースによって一体化したものである。サブモジュールのケースとしては、プラスチック等のモールド部品を使用することができる。サブモジュールAS1~AS4は、内部の電池ブロックの正極端子および負極端子が露出しないように、複数の電池ブロックをケース内に収納するものである。
 一つの電池ブロックは、例えば8本の円筒状リチウムイオン二次電池を並列接続したものである。サブモジュールAS1およびAS2は、それぞれ6個の電池ブロックを上ケースおよび下ケースによって一体化したものである。サブモジュールAS3およびAS4は、それぞれ2個の電池ブロックを上ケースおよび下ケースによって一体化したものである。したがって、合計(6+6+2+2=16個)の電池ブロックが使用される。これらの電池ブロックが例えば直列に接続される。
 サブモジュールAS1~AS4のそれぞれにおいて、電池ブロックを直列接続するために、接続用の金属板例えばバスバーが使用される。バスバーは、細長い棒状の金属である。バスバーには、電池ブロックから導出されている接続金属板等との接続のために複数の穴が形成されている。
 図4に示すように、それぞれ8本の電池が並列に接続された電池ブロックB1~B16が直列に接続されている。8本の電池を並列接続することは8P(Parallel)と称される。16個の電池ブロックを直列に接続することは16S(Series)と称される。したがって、図4に示す各蓄電モジュールMODの電池部(電池ブロックグループと称する場合がある)BBは、8P16Sの構成を有するものとされている。電池ブロックB1~B16は、それぞれ各蓄電モジュールMODの制御装置としてのモジュールコントローラCNTに接続され、充放電が制御される。充放電は、外部正極端子6および外部負極端子7を介してなされる。例えば電池ブロックB1~B6がサブモジュールAS1に含まれており、電池ブロックB11~B16がサブモジュールAS2に含まれている。さらに、電池ブロックB7およびB10がサブモジュールAS3に含まれ、電池ブロックB8およびB9がサブモジュールAS4に含まれる。上述したリチウムイオン二次電池を適用した蓄電モジュールMODは51.2V(16×3.2V)を出力する。なお、電池部の構成は適宜変更することができる。
 各電池ブロックの正負電極間の電圧等の情報がバス10を介して、コントローラとしてのモジュールコントローラCNTに対して供給される。モジュールコントローラCNTは、各電池ブロックの電圧、電流、および温度をモニタし、モニタした結果を電池情報として出力する。
 図5および図6を参照して、蓄電モジュールMODについて詳細に説明する。各蓄電モジュールMODは、通信部COMと、第1絶縁部ISAと、モジュールコントローラCNTと、電池ブロックグループBBと、第2絶縁部ISBとを備えている。なお、図では、各構成に蓄電モジュールMOD毎に対応した参照符号が付加されている。また、図示が煩雑となることを防止するため、一部の構成に対する参照符号を省略している。
 蓄電モジュールMODとコントロールボックスICNTと間が通信用ラインL1およびL2と、電源用ラインLpとにより接続される。通信用ラインL1およびL2を通じてコントロールボックスICNTと蓄電モジュールMOD1~MOD16との間で双方向通信がなされる。通信方式として、例えばCANが使用される。最近では、CANは、車載LANとして使用されている。
 モジュールコントローラCNTは、例えば、電池ブロックB1~B16の両端の電圧と各電池ブロックの電圧を順次出力するマルチプレクサと、マルチプレクサにより選択された一のアナログ電圧データをデジタル電圧データに変換するA/Dコンバータ(ADC)と、後述するバランス処理を行うためのスイッチング制御や通信部と通信を行うための制御部(REGCNT)とを含んで構成されている。制御部に対しては、コントロールボックスICNTから通信を介して制御信号が入力される。なお、モジュールコントローラCNTにより電池ブロックB1~B16の温度、電流等が取得されるようにしてもよい。
 モジュールコントローラCNT(ADC、制御部等)は、低電圧(例えば、3.5V~5V程度)の電源で動作することができる低電圧電源部である。本技術では、低電圧電源部に対する電源をコントロールボックスICNTから供給するように構成されている。電池ブロックB1~Bnから電源を供給すると、蓄電モジュールMOD間のバランスが崩れるおそれがある。本技術では、モジュールコントローラCNTの低電圧電源部に対する電源をコントロールボックスICNTから供給するので、かかる問題を生じない。
 各蓄電モジュールMODの通信部COMは、通信を行うための通信部と、通信部COMの各部を制御するMCU(Micro Controller Unit)と、電源部とを含んで構成されている。コントロールボックスICNTから電源部に対して、電源用ラインLpを通じて例えば3.5Vの電源電圧が入力される。
 第1絶縁部ISAは、通信部COMとモジュールコントローラCNTとの間を絶縁する機能を有する。すなわち、通信部COMの電源の基準電位と、モジュールコントローラCNTの電源の基準電位とが分離され、独立したものとされる。さらに、絶縁した状態において、第1絶縁部ISAは、通信部COMの電源部を介して入力される電源電圧をモジュールコントローラCNTに対して供給する機能と、双方向通信の伝送媒体としての機能とを備えている。
 第1絶縁部ISAを通じてなされる双方向通信方式としては、CANの規格を使用できる。第1絶縁部ISAを通じてなされる電力伝送方式としては、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電波受信方式等を使用することができる。
 本技術では、非接触ICカード技術を使用する。非接触ICカード技術は、リーダー/ライター(R/W)のアンテナコイルとカード(Card)のアンテナコイルを磁束結合させて、リーダー/ライターとカード間で通信および電力伝送を行う。通信は、13.56kHzの周波数の搬送波をASK(Amplitude Shift Keying)変調する方式を利用し、212もしくは424kbpsの速度が行われる。第1絶縁部ISAは、上記非接触ICカード方式と同様の仕様にしている。さらに、第1絶縁部ISAは、多層プリント基板の異なる層に形成したアンテナ(コイル)間で通信および電力伝送を行うようになされる。
 図7に示すように、多層プリント基板21上にコントロールボックスICNTを構成するMPU(Micro Processing Unit)、非接触ICカード方式のリーダー/ライター側のLSI(Large Scale Integrated Circuit:大規模集積回路) 22がマウントされている。さらに、プリント基板アンテナ23および24、非接触ICカード方式のカード側のLSI25、並びにモジュールコントローラCNTが多層プリント基板21上にマウントされている。
 図8に概念的に示すように、非接触ICカード方式においては、リーダー/ライター部26のアンテナ23から例えば搬送波振幅が2~13Vopで、変調度が10%程度のカード部27に対する送信信号が形成される。送信信号がアンテナ23からカード部27のアンテナ24に送信される。アンテナ24において、受信された信号は、例えば搬送波振幅が2~13Vopで、変調度が10%程度の高周波信号である。受信した信号を平滑化することによって、カード部27における電源が形成される。カード部27における消費電力は、充分小さいものである。
 プリント基板アンテナの一例について説明する。アンテナが導電パターンとして形成される多層プリント基板21としては、図9Aに示すように、4個の配線層LY1~LY4を有する4層プリント基板が使用される。または図9Bに示すように、2個の配線層LY11、LY12を有する2層プリント基板が使用される。
 図10Aに示すように、1次側(リーダー/ライター側)のアンテナ23が渦巻き状パターン31a、直線状パターン31bおよび直線状パターン31cによって形成される。4層プリント基板の第4の配線層LY4上に渦巻き状のパターン31aが形成され、パターン31aの中心部の端部がランドおよびスルーホールを介して第3の配線層LY3のランド32aに接続される。ランド32aからランド32bの間に直線状のパターン31bが形成される。ランド32bがスルーホールおよび第3の配線層LY3のランドを介して直線状のパターン31cに接続される。パターン31aおよび31cの端部が図示しないコネクタに接続される。
 図10Bに示すように、2次側(カード側)のアンテナ24が渦巻き状パターン41a、直線状パターン41b、直線状パターン41cおよび直線状パターン41dによって形成される。コネクタ(図示しない)と一端が接続された渦巻き状のパターン41aが4層プリント基板の第1の配線層LY1に形成される。ランド42a、スルーホールおよび第2の配線層LY2のランドを介して直線状のパターン41bと接続される。パターン41bの一端がランド42b、スルーホールを介して第1の配線層LY1のランドと接続される。直線状のパターン41cの一端がこの第1の配線層LY1のランドと接続される。直線状のパターン41cの他端がコネクタ(図示せず)と接続される。さらに、渦巻き状のパターン41aと接続されたランド42cに対して直線状のパターン41dの一端が接続される。直線状のパターン41dの他端が基準電位点に接続される。
 パターンが交差する場合には、異なる配線層のパターンによってプリント基板アンテナが構成されている。異なる配線層間を接続するために、スルーホールとランドが使用される。その結果、第4の配線層に図10Aに示すように、不要なランド32c、32dが発生し、第1の配線層に不要なランド42dが発生する。
 上述したパターンをプリント基板の他の配線層に形成するのに代えて、ジャンパー線を使用するようにしても良い。すなわち、図10Aにおけるパターン31b、並びに図10Bにおけるパターン41bおよび41dの代わりにジャンパー線が使用される。この場合には、2層プリント基板を使用でき、スルーホールを形成することが不要となり、不要なランドが発生することを防止することができる。スルーホールを形成しないことによって、プリント基板の絶縁耐圧をより高くすることが可能となる。
 第1絶縁部ISAは、1次側アンテナと2次側アンテナとの間の絶縁をプリント基板によって行っている。したがって、本技術の第1絶縁部ISAにおいては、直流絶縁電圧として1000V程度が可能となる。さらに、双方向通信および電力伝送が可能な利点があり、コストを低くすることができる。
 第2絶縁部ISBは、モジュールコントローラCNTとコントロールボックスICNTとの間を絶縁する機能を有している。具体的には、電源用ラインLpにおいて、蓄電モジュールMODの通信部COMとコントロールボックスICNTとの間を絶縁する機能を有している。第2絶縁部ISBは、一例として、トランスを用いた絶縁トランス方式を使用しているがこれに限定されるものではない。また、通信用ラインL1、L2に第2絶縁部と同様の絶縁部が設けられてもよい。第2絶縁部ISBの絶縁耐圧は、第1絶縁部ISAの絶縁耐圧よりも大きく、また、蓄電システム1Aの出力より大きく設定されている。本実施形態では、蓄電システム1Aが3280V程度を出力するので、第2絶縁部ISBの絶縁耐圧は、4kV(4000V)に設定している。第2絶縁部ISBを設ける構成とすることにより、異常時等において蓄電システム1Aの出力が電源用ラインLpを介して蓄電モジュールMODに漏洩し、通信部COM、モジュールコントローラCNTが破損等してしまうことを防止することができる。
「セルバランスについて」
 図6に示すように、蓄電モジュールMOD1~MOD16に対してバランス回路50が接続されている。バランス回路50は、蓄電モジュールMOD1~MOD16の電圧を等しくするように制御する回路である。バランス回路50によってなされるバランス制御としては、アクティブボトムセルバランス制御とアクティブトップセルバランス制御とを例示することができる。アクティブボトムセルバランス制御は、ある電池ブロックグループBBが使用下限電圧に到達した時点で最も容量が残っている(最高電位)電池ブロックグループBBから他の容量が最も少ない(最低電位)電池ブロックグループBBに電力を移して残っている容量をほぼ等しくする制御である。アクティブトップセルバランス制御は、ある電池ブロックグループBBが使用上限電圧に到達した時点で最も容量が多い(最高電位)電池ブロックグループBBから他の容量が最も少ない(最低電位)電池ブロックグループBBに電力を移して残っている容量をほぼ等しくする制御である。バランス制御としてパッシブ方式を適用することも可能であるが、アクティブ方式の方が容量を有効に利用することができるので好ましい。
 図11は、実施形態におけるバランス回路50の構成例を示す図である。図11に示すように、1次側コイルW1と、2次側コイルW01と、磁芯M1とによって、フライバックトランスT1が構成される。1次側コイルW1とスイッチS1が直列接続され、2次側コイルW01とスイッチS01が直列接続される。同様に、1次側コイルW2~W16と、2次側コイルW02~W016と、磁芯M2~M16と、によって、フライバックトランスT2~T16が構成される。1次側コイルW2~W16とスイッチS2~S16が直列に接続される。2次側コイルW02~W016とスイッチS02~S016とが直列に接続される。
 フライバックトランスT1の1次側コイルW1とスイッチS1の直列回路が蓄電モジュールMOD1の電池ブロックグループBB1の正側および負側と接続される。他の1次側コイルW2~W16とスイッチS2~S16のそれぞれの直列回路が、対応する蓄電モジュールMOD2~MOD16の電池ブロックグループBB2~BB16の正側および負側と接続される。
 バランス回路50は、蓄電素子51を備えており、この蓄電素子51によって共通電源電圧CVが発生する。共通電源電圧CVは、電池ブロックグループの直列接続の合計の電圧819.2Vよりも低い電圧とされる。好ましくは、2次側スイッチの耐圧のほぼ1/3の電圧以下に設定される。例えば電池ブロックグループの単位電圧(51.2V)とほぼ等しい値に設定される。共通電源電圧CVの電位は、トータルの放電電流と、トータルの充電電流とを制御することで、溢れず、枯渇せず、所望の電圧になるように制御される。
 蓄電素子51は、電池、コンデンサ等である。蓄電素子51によって、一方の共通電源ラインCL+が共通電源電圧CVとされ、他方の共通電源ラインCL-が0Vとされる。他方の共通電源ラインCL-は、複数の蓄電モジュールの電池ブロックグループの直列接続の電源(V-)とは接続されていない別の電源とされている。但し、共通電源ラインCL-を電源V-に接続しても良い。分割された2次側コイルW01~W016の一端が共通電源ラインCL+にそれぞれ接続され、分割された2次側コイルW01~W016の他端がスイッチS01~S016を通じて共通電源ラインCL-にそれぞれ接続される。
 スイッチS0~S16並びにスイッチS01~S016は、例えばMOSFETによって構成される。図12に示すように、例えばフライバックトランスT1のスイッチS01は、MOSFETQ01とそのドレイン・ソース間に接続されたダイオードD01とによって構成され、スイッチS1は、MOSFETQ1とそのドレイン・ソース間に接続されたダイオードD1とによって構成される。スイッチのオン/オフは、コントロールボックスICNTの制御部(HOST)の制御に応じてモジュールコントローラCNTが制御する。コントロールボックスICNTは、各蓄電モジュールのモジュールコントローラCNTからの電圧の監視結果の情報を受け取って、コントロール信号(パルス信号)を生成する。なお、MOSFET以外に、IGBT((Insulated Gate Bipolar Transistor):絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の半導体スイッチ素子を使用しても良い。なお、スイッチ(MOSFETとそのドレイン・ソース間に接続されたダイオードで構成される)は、ソース→ドレイン方向に流れる電流に対しては、コントロール信号が無くてもダイオードを通じて自動的に電流が流れる(自動的スイッチのオン)。
 2次側コイルW01~W016とスイッチS01~S016の直列回路には、共通電源電圧CVが印加される。例えば1次側コイルおよびスイッチに印加される電圧と同様の電圧(51.2V)に共通電源電圧CVを設定することによって、2次側スイッチS01~S016の耐圧を154V程度とすることができる。このような耐圧は、2次側スイッチS01~S016を構成する半導体スイッチにとってそれほど高い値ではなく、バランス回路50を構成することが容易となる。
 フライバックトランスT1~T16のそれぞれは、1次側コイルと2次側コイルの巻線比は、1と限定されないが、1次側と2次側とで位相が逆とされている。さらに、フライバックトランスT1~T16は、双方向に電力を伝送することができる。したがって、1次側および2次側の表記は、便宜上のものであり、1次側から2次側への電力伝送、並びに2次側から1次側への電力伝送の何れも可能である。
 フライバックトランスT1を例にとると、スイッチS1およびS01がオフの状態からスイッチS1がオンすると、コイルW1に電流が流れ、磁芯M1が磁化される。スイッチS1がオンの期間コイルW1には、時間と共に増大する電流が流れる。次に、スイッチS1をオフとし、スイッチS01をオンとすると、磁芯が磁化されているので、コイルW01には、スイッチS01を介して電流が流れる。この電流は、時間と共に減少する電流となる。他のフライバックトランスの動作も同様である。フライバックトランスは、結合インダクタとしての機能を有する。
 図11の構成におけるアクティブトップセルバランス制御では、1次側スイッチを制御することによって、最も電圧が高い電池ブロックグループから蓄電素子51に対して電力が移動される。さらに、2次側スイッチを制御することによって、電圧が最も低い蓄電モジュールの電池ブロックグループに対して電力が移動される。このように、本技術によるバランス回路50は、双方向フライバックトランスを2段介して電力を移動させる。
 一例として、図13に示すように、電池ブロックグループBB3の電圧が最も高く56.5Vであり、電池ブロックグループBB2の電圧が最も低く55.9Vである場合の動作を説明する。まず、フライバックトランスT3のスイッチS3がオンとされ、電池ブロックグループBB3を電源として1次側コイルW3に電流が流れる。次に、スイッチS3がオフとされ、スイッチS03がオンとされる。電磁エネルギーによって、2次側コイルW03に電流が流れ、蓄電素子51が充電される。
 次に、スイッチS03がオフとされると共に、フライバックトランスT2のスイッチS02がオンとされ、蓄電素子51によって、2次側コイルW02に電流が流れる。次に、スイッチS02がオフとされると共に、スイッチS2がオンとされ、1次側コイルW2に流れる電流によって、電池ブロックグループBB2が充電される。このようにして、アクティブトップセルバランス制御がなされる。
 上位コントローラとしてのコントロールボックスICNTは、各蓄電モジュールMODの電圧を監視しており、検出した蓄電モジュールの電池が互いに等しくなると、モジュール間バランス制御動作を停止するように制御する。そして、蓄電モジュールの電圧に差が生じた場合に、モジュール間バランス制御動作を開始するようになされる。なお上述の例ではアクティブトップセルバランス制御を例にして説明したが、アクティブボトムセルバランス制御がなされてもよく、同様のスイッチ制御がなされることにより蓄電モジュールMOD1~MOD16の電圧が等しくなるようにされる。
 図14は、バランス制御(例えば、アクティブトップセルバランス制御)の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。始めに、ステップST1において、蓄電モジュールMODの電圧がモジュールコントローラCNTにより監視される。なお、この処理は例えば周期的に行われる。そして処理がステップST2に進み、ステップST2において、コントロールボックスICNTは、モジュールコントローラCNTから周期的に送信される各蓄電モジュールMODの電圧を取得する。
 ステップST3において、各蓄電モジュールMODの電圧のうち最大電圧Vmaxが閾値(例えば、55.2V)以上であるか否かを判断する。最大電圧Vmaxが閾値より小さい場合には、処理がステップST2に戻り判断処理が繰り返される。最大電圧Vmaxが閾値以上である場合には、処理がステップST4に進む。
 ステップST4では、コントロールボックスICNTがバランス制御の開始を蓄電モジュールMODに指示し、所定のスイッチを順次オン/オフすることによりバランス制御が行われる。なお、バランス制御の詳細については、既に例を示して説明しているため重複した説明を省略する。そして、処理がステップST5に進む。
 ステップST5では、コントロールボックスICNTが各蓄電モジュールMODにおいて測定された電圧を取得する。そして、処理がステップST6に進む。ステップST6では、コントロールボックスICNTが全ての蓄電モジュールMODの電圧が所定の範囲内、例えば、54.4V以上、54.8V以下の範囲内であるか否かを判断する。全ての蓄電モジュールMODの電圧が所定の範囲内でなければ処理がステップST4に戻りバランス制御が継続され、全ての蓄電モジュールMODの電圧が所定の範囲内であれば処理がステップST7に進み、バランス制御が終了される。
「コントロールボックスについて」
 図6を再び参照して、コントロールボックスICNTについて説明する。コントロールボックスICNTは、共通電源ラインCLを介して蓄電素子51と接続されており、蓄電素子51からコントロールボックスICNTに対して電圧が供給されるように構成されている。コントロールボックスICNTは、例えば、制御部(HOST)61と、電力カウント部62と、通信部63と、AC/DCコンバータ64と、電力供給部65と、DC-DCコンバータ66と、第3の絶縁部としての絶縁部ISCとを含んで構成されている。
 各構成について、概略的に説明する。制御部61は、コントロールボックスICNTの動作を制御し、各モジュールコントローラCNTに対する制御を実行する。電力カウント部62は、蓄電システム1Aの出力電力を安定化させるものであり、負荷2に対して供給する電力を再計算等したりする。通信部63は、モジュールコントローラCNTの通信部COMと通信を行うためのものである。AC/DCコンバータ64は、必要に応じて交流電力を直流電力に変換するものである。
 電力供給部65は、DC-DCコンバータ66から供給される電源電圧を交流信号に適宜変換して蓄電モジュールMODに供給するものである。DC-DCコンバータ66は、蓄電素子51から入力される共通電源電圧CVからモジュールコントローラCNTの電源電圧(例えば、5V)を生成するものである。DC-DCコンバータ66により生成された電源電圧が電源用ラインLpを介して蓄電モジュールMODに供給され、さらに、第2絶縁部ISB、通信部COM、第1絶縁部ISAを介してモジュールコントローラCNTに供給される。
 絶縁部ISCは、共通電源ラインCLにおいて蓄電素子51とコントロールボックスICNTとの間に設けられており、モジュールコントローラCNTの第2絶縁部ISBと同様の絶縁耐圧(例えば、4kV)を可能としている。絶縁部ISCを設けることにより、蓄電システム1Aの異常等に起因して蓄電システム1Aの出力が共通電源ラインCLを介してコントロールボックスICNTに漏洩し、コントロールボックスICNTが破損等してしまうことを防止している。
 コントロールボックスICNTは、統合コントローラINCと通信可能に接続されている。コントロールボックスICNTと統合コントローラINCとの間の通信線は、例えば、コントロールボックスICNTと蓄電モジュールMOD間の通信線と同様に、並列通信線で接続されている。これにより、1のストリングSTRに障害が起きた場合でも他のストリングSTRとの通信を確保することができる。
「統合コントローラについて」
 統合コントローラINCについて、概略的に説明する。統合コントローラINCは通信部、制御部等を備えており、コントロールボックスICNTや負荷が備える制御装置と通信可能とされている。
 なお、コントロールボックスICNTが共通電源電圧CVから統合コントローラINCの電源電圧を生成し、供給するようにしてもよい。この場合、統合コントローラINCが、統合コントローラINCとコントロールボックスICNTとの間を絶縁する第4の絶縁部としての絶縁部を備えるようにしてもよい。この絶縁部の絶縁耐圧を第2絶縁部ISBや絶縁部ISCと同様にすることで、蓄電システム1Aの異常等に起因して蓄電システム1Aの出力が統合コントローラINCに漏洩し、統合コントローラINCが破損等してしまうことを防止できる。
 以上、第1の実施形態では、複数の蓄電モジュールを直列に多数、接続することにより高電圧を出力可能としている。また、二次電池の一例として上述したリチウムイオン二次電池を使用している。このため、鉛蓄電池に比べて多数、直列した場合の接続抵抗による放電電圧の低下や充電電圧の上昇が起きるおそれがない。また、蓄電システムを供給系統に直結し、蓄電システムの出力を昇圧回路等を使用することなく供給している。大電力に対応した昇圧回路等は大型化しシステム全体が大型化するおそれがあるが、実施形態では昇圧回路を使用していないため、システムの小型化を実現できる。また、昇圧回路等における電力ロスが生じることを防止できる。また、蓄電システムの電力をそのまま接続、供給しているため、負荷の電力変動に伴い蓄電システム側の電圧変動がほとんど無く、大電力の負荷を接続した際に蓄電システム側の電圧変動を最小限とすることができる。
<2.第2の実施形態>
 次に、第2の実施形態について説明する。特に断らない限り、第1の実施形態で説明した事項は第2の実施形態に適用することができる。
 図15は、本技術の第2の実施形態における蓄電システム1B等の構成を示したものである。蓄電システム1Bは、第1の実施形態における蓄電システム1Aの構成に対して、バイパス回路60が追加されたものである。第2の実施形態について概略的に説明すれば、第2の実施形態では、あるストリングSTRに異常が生じた場合にバイパス回路60を介して正常なストリングSTRの出力のみを負荷2に供給する。このとき、蓄電モジュールMODに流れる電流を所定の上限値の範囲内において増加させ、電力出力量を維持するようにしている。
「バイパス回路について」
 図16を参照して、バイパス回路60の一例について説明する。電力供給ラインの-(マイナス)出力端子が接続点T1a、スイッチSW10およびコイルL10を介してストリングSTR1の電力ラインのマイナス側に接続されている。ストリングSTR1の電力ラインの+側が、接続点T1b、接続点T1bと接続される接続点T2a、スイッチSW20およびコイルL20を介してストリングSTR2の電力ラインのマイナス側に接続されている。ストリングSTR2の電力ラインの+側が、接続点T2b、接続点T2bと接続される接続点T3a、スイッチSW30およびコイルL30を介してストリングSTR3の電力ラインのマイナス側に接続されている。ストリングSTR3の電力ラインの+側が、接続点T3b、接続点T3bと接続される接続点T4a、スイッチSW40およびコイルL40を介してストリングSTR4の電力ラインのマイナス側に接続されている。ストリングSTR4の電力ラインの+側が、接続点T4bを介して電力供給ラインの+(プラス)出力端子に接続されている。
 一方、接続点T1aから分岐して接続点T1bに接続される経路としてバイパス経路BL1が形成されており、バイパス経路BL1における接続点T1a、接続点T1b間には、接続点T1a側からコイルL11およびスイッチSW11が設けられている。また、接続点T2aから分岐して接続点T2bに接続される経路としてバイパス経路BL2が形成されており、バイパス経路BL2における接続点T2a、接続点T2b間には、接続点T2a側からコイルL21およびスイッチSW21が設けられている。
 また、接続点T3aから分岐して接続点T3bに接続される経路として、バイパス経路BL3が形成されており、バイパス経路BL3における接続点T3a、接続点T3b間には、接続点T3a側からコイルL31およびスイッチSW31が設けられている。また、接続点T4aから分岐して接続点T4bに接続される経路としてバイパス経路BL4が形成されており、バイパス経路BL4における接続点T4a、接続点T4b間には、接続点T4a側からコイルL41およびスイッチSW41が設けられている。
 スイッチSW10、11のオン/オフはコントロールボックスICNT1によって制御される。スイッチSW20、21のオン/オフはコントロールボックスICNT2によって制御される。スイッチSW30、31のオン/オフはコントロールボックスICNT3によって制御される。スイッチSW40、41のオン/オフはコントロールボックスICNT4によって制御される。なお、各コイルは交流成分を除去する等の目的で設けられているものであり、必ずしも必要とするものではない。
 バイパス回路60の動作について説明する。各ストリングSTRが正常な場合は、スイッチSW10、20、30および40がオンされ、スイッチSW11、21、31および41がオフされる。これにより、全てのストリングSTRの出力が負荷2に対して供給される。ここで、例えば、図17に示すように、ストリングSTR3に異常が生じたとする。この場合、コントロールボックスICNT3は、異常を統合コントローラINCに通知し、統合コントローラINCの制御に応じて、コントロールボックスICNT3がスイッチSW30をオフし、スイッチSW31をオンする。これにより、バイパス経路BL3を介して、換言すれば、ストリングSTR3をスルーした状態、すなわち、正常なストリングSTRの出力のみが選択的に負荷2に供給されることになる。
 ここで、単純にストリングSTR3を切り離すだけでは蓄電システム1Bの出力が低下してしまう。一ストリングSTR当たりの出力を820Vとした場合、蓄電システム1Bの出力が3280Vから2460V(3280V-820V)に低下してしまう。そこで、第2の実施形態では、正常なストリングSTRの蓄電モジュールMODに流れる電流を上限値の範囲内において増加し、負荷2に対して供給する電力を一定とする。
 具体例を使用して説明する。ストリングSTR3の異常を通知された統合コントローラINCは、コントロールボックスICNT3に上述したスイッチSW30、31のオン/オフを指示する。さらに、統合コントローラINCは、正常なストリングSTR1,2,4のコントロールボックスICNT1,2,4,に対して、放電電流の増加を指示する。
 ストリングSTR1を例にしてより具体的に説明する。コントロールボックスICNT1は、ストリングSTR1を構成する蓄電モジュールMODに対して放電電流の増加を指示する。通常の放電電流を0.5Cとした場合に、コントロールボックスICNT1は、放電電流を0.75Cに設定する。ここで、C(Capacity)はここでは充電/放電電流の大きさの単位の一つであり、例えば、1Cとは、1時間で充電または放電が終了する充電電流または放電電流の大きさである。放電電流は、蓄電モジュールMODの電流路に可変抵抗を接続し、抵抗値を変化させること等によりその大きさを変更できる。
 数値の一例として、各ストリングSTRにおける蓄電モジュールMODの通常時の放電電流を10A(アンペア)とした場合に、負荷には約32kW(3200V×10A)の電力を供給することができる。ストリングSTR3に異常が発生した場合には、電圧が約2400Vに低下してしまうが、正常なストリングSTR1,2,4における蓄電モジュールMODの放電電流を15Aに設定することにより、負荷には通常時と同様の約36kW(2400V×15A)の電力を供給することができる。
 仮に、ストリングSTR2,3に異常が発生した場合にも同様の処理がなされる。ストリングSTR2,3に異常が発生した場合には、電圧が約1600Vに低下してしまうが、正常なストリングSTR1,4における蓄電モジュールMODの放電電流を24A(20A程度でもよい)に設定することにより、負荷には通常時と同様の約38kW(1600V×24A)の電力を供給することができる。
 図18は、上述した制御をグラフ化したものである。図中、グラフVG1は、蓄電システム1Bの出力電圧を示し、グラフPG1は、蓄電システム1Bの供給電力を示している。蓄電システム1Bを構成する4ストリングSTRの全てが正常である場合には、蓄電システム1Bの出力電圧は約3200Vである。ここで負荷2に対して電力の供給を開始(給電開始)した後、1のストリングSTRに異常が生じた場合でも、上述したように他の正常なストリングSTRを動作させつつ放電電流を大きくすることで、通常時と略同様の電力を負荷に供給できる。さらに、2のストリングSTRに異常が生じた場合でも、上述したように他の正常なストリングSTRを動作させつつ、さらに放電電流を大きくすることで通常時と略同様の電力を負荷に供給できる。
 なお、蓄電モジュールMODの放電電流の上限値は、仕様により予め設定されている。例えば、上限値を25Aとして説明する。仮に、ストリングSTR1,2,3に異常が発生した場合にも、ストリングSTR4の放電電流を40A程度に設定すれば理論上、正常時と同様の電力(32kW)を負荷に供給できる。しかしながら、40Aは上限値を超えているため、このような場合には、ストリングSTR4のみで負荷2に電力を供給することはせずに、系統3から供給される電力をAC-DCコンバータ4を介して負荷2に供給する。
「制御の流れ」
 図19,20,21、22のフローチャートを参照して制御の流れについて説明する。図19は、主要な処理の流れを示すフローチャートである。ステップST11では、統合コントローラINCが各コントロールボックスICNTと通信を行い、ストリングSTRにおける各蓄電モジュールMODの電圧を取得する。各蓄電モジュールMODの電圧が所定の範囲内にあれば正常と判断し、そうでなければ異常と判断する。異常と判断した場合には、処理がステップST20に進み蓄電システム1Bを停止する。各蓄電モジュールMODの電圧が正常と判断した場合には、処理がステップST12に進む。
 ステップST12では、統合コントローラINCが負荷2と通信を行い負荷2が必要とする電力を確認する。そして処理がステップST13に進む。
 ステップST13では、ストリングSTR間の接続、蓄電システム1Bと負荷2との間の接続、蓄電モジュールMOD間の接続等が正常であるか否かの確認がなされる。接続に異常が発見された場合には、処理がステップST20に進み蓄電システム1Bを停止する。接続が正常であれば、処理がステップST14に進む。
 ステップST14では、蓄電システム1Bから放電がなされる。なお、ここでは放電を例にして説明しているが、充電が行われるようにしてもよい。そして、処理がステップST16、17に進む。
 ステップST16、17では、統合コントローラINCが周期的に蓄電モジュールMODの電圧が所定範囲内にあるか否かを確認するとともに、コントロールボックスICNTからストリングSTRに異常が生じた旨の通知があるか否かを確認する。ストリングSTRの異常とは、ストリングSTRを構成する蓄電モジュールMODの温度の急激な上昇、断線等の破損を例示できる。ステップST17において、蓄電モジュールMODの電圧が急激に低下等し所定範囲内から外れた場合には、処理がステップST20に進み蓄電システム1Bの出力を停止し、系統3から負荷2に対して電力を供給する。また、ストリングSTRに異常が生じた場合には、後述する処理に処理が進む。蓄電モジュールMODの電圧が正常であり、ストリングSTRに異常がない場合は、処理がステップST17に進む。
 ステップST17では、統合コントローラINCが負荷2の電力を取得して確認する。この処理が周期的に行われてもよい。そして、処理がステップST18に進む。
 ステップST18では、負荷2が必要とする電力が変動した場合に、必要に応じて蓄電システム1から出力する電力を変更して放電する処理が行われる。例えば、蓄電モジュールMODの放電電流を増加または減少させることにより、蓄電システム1Bが出力する電力を変更する。そして、処理がステップST19に進む。
 ステップST19では、蓄電モジュールMODの残量が周期的にチェックされる。蓄電モジュールMODの電圧のうち最小の電圧Vが所定値Vminより大きければ処理がステップST14に進み、放電が継続される。電圧Vが所定値Vminに達した場合には、処理がステップST20に進み、蓄電システム1Bの出力を停止し、系統3から負荷2に対して電力を供給する。
 図20のフローチャートを参照して、充電処理(図19において「A」と表記する処理)について説明する。始めに、ステップST31において、充電の可否が判断される。すなわち、各蓄電モジュールMODの電圧Vが所定範囲内(Vmin<V<Vmax)にあるか否かが判断される。各蓄電モジュールMODの電圧Vが所定範囲内にない場合、例えば、ある蓄電モジュールMODが過放電(過充電)の状態にある場合は、処理を終了し充電を行わないようにしている。各蓄電モジュールMODの電圧Vが所定範囲内にある場合は、処理がステップST32に進み、例えば、系統3から供給される電力により充電がなされる。そして、処理がステップST33に進む。
 ステップST33では、各蓄電モジュールMODの電圧Vが確認され、いずれの電圧Vが所定範囲内(Vmin<V<Vmax)にある場合は処理がステップST31に戻り、充電が継続する。電圧Vのうち、最大の電圧がVmaxに達した場合には、処理がステップST34に進み、バランス制御が行われる。バランス制御については、第1の実施形態で詳細に説明しているため、重複した説明を省略する。バランス制御が行われた後、処理が終了する。
 図21のフローチャートを参照して、あるストリングSTRに異常が生じた場合の処理(図19において「B」と表記する処理)について説明する。始めにステップST41において正常なストリングSTRにおける蓄電モジュールMODの放電電流を設定し、負荷2に対して通常時と同様の電力を供給できるように電力値を設定する処理がなされる。ここで、複数のストリングSTRに異常が生じ、新たに設定する放電電流Iが上限値Imaxを超える場合には、処理がステップST46に進む。ステップST46では、蓄電システム1Bからの出力を停止し、AC-DCコンバータ4をオンし、系統3から負荷2に対して電力を供給する。新たに設定する放電電流Iが上限値Imaxを超えない場合には、処理がステップST42に進む。
 ステップST42、43では、バイパス回路60の所定のスイッチをオン/オフすることにより、異常が生じたストリングSTRを切り離して放電する。そして、処理がステップST44に進む。
 ステップST44では、蓄電モジュールMODの電圧が周期的に確認される。ここで、蓄電モジュールMODの電圧が設定値より低下等した場合には、処理がステップST45に進み、蓄電システム1Bからの出力を停止する。そして、処理がステップST46に進み、AC-DCコンバータ4をオンし、系統3から負荷2に対して電力を供給する。
 図22のフローチャートを参照して、ストリングSTRの復帰動作について説明する。ステップST51では、異常が生じたストリングSTRの一部または全ての蓄電モジュールMODを修理、交換した後、ステップST52、53において試験的に放電、充電等を行い、交換したストリングSTRの動作確認を行う。
 ストリングSTRが正常に動作することが確認された場合には、処理がステップST54に進み蓄電システム1Bが停止される。このとき、負荷2が電力を必要とする場合には、系統3からの電力が供給される。そして、処理がステップST55に進み、交換したストリングSTRと他のストリングSTRとが接続される。なお、このとき交換したストリングSTRと他のストリングSTRとの間でバランス制御が行われてもよい。そして処理がステップST56に進む。
 ステップST56では、バイパス回路60の所定のスイッチがオン/オフされ、交換後のストリングSTRが蓄電システム1Bに接続され、負荷2に対しては交換後のストリングSTRからの出力を含む電力が供給される。そして処理が終了する。
 以上説明した第2の実施形態によれば、あるストリングに異常が生じた場合でも蓄電システムを停止することなく、他のストリングを使用して負荷に電力を供給することが可能となる。また、ストリングにおける蓄電モジュールの放電電流を増加させることで、負荷に対して安定した電力供給を維持することが可能となる。
<3.応用例>
「応用例としての住宅における蓄電システム」
 本技術を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図23を参照して説明する。例えば住宅101用の蓄電システム100においては、火力発電102a、原子力発電102b、水力発電102c等の集中型電力系統102から電力網109、情報網112、スマートメータ107、パワーハブ108等を介し、電力が蓄電装置103に供給される。これと共に、家庭内発電装置104等の独立電源から電力が蓄電装置103に供給される。蓄電装置103に供給された電力が蓄電される。蓄電装置103を使用して、住宅101で使用する電力が給電される。住宅101に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
 住宅101には、発電装置104、電力消費装置105、蓄電装置103、各装置を制御する制御装置110、スマートメータ107、各種情報を取得するセンサ111が設けられている。各装置は、電力網109および情報網112によって接続されている。発電装置104として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置105および/または蓄電装置103に供給される。電力消費装置105は、冷蔵庫105a、空調装置105b、テレビジョン受信機105c、風呂105d等である。さらに、電力消費装置105には、電動車両106が含まれる。電動車両106は、電気自動車106a、ハイブリッドカー106b、電気バイク106cである。
 蓄電装置103に対して、上述した本技術の蓄電システムが適用される。蓄電装置103は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン二次電池によって構成されている。リチウムイオン二次電池は、定置型であっても、電動車両106で使用されるものでも良い。スマートメータ107は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網109は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
 各種のセンサ111は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ111により取得された情報は、制御装置110に送信される。センサ111からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置105を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置110は、住宅101に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
 パワーハブ108によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置110と接続される情報網112の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路)等の通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、Wi-Fi等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。Bluetooth(登録商標)方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBee(登録商標)は、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network) またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
 制御装置110は、外部のサーバ113と接続されている。このサーバ113は、住宅101、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ113が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信しても良いが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機等)から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。
 各部を制御する制御装置110は、CPU(Central Processing Unit )、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等で構成され、この例では、蓄電装置103に格納されている。制御装置110は、蓄電装置103、家庭内発電装置104、電力消費装置105、各種センサ111、サーバ113と情報網112により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
 以上のように、電力が火力発電102a、原子力発電102b、水力発電102c等の集中型電力系統102のみならず、家庭内発電装置104(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置103に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置104の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置103に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置103に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置103によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
 なお、この例では、制御装置110が蓄電装置103内に格納される例を説明したが、スマートメータ107内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム100は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
「応用例としての車両における蓄電システム」
 本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図24を参照して説明する。図24に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
 このハイブリッド車両200には、エンジン201、発電機202、電力駆動力変換装置203、駆動輪204a、駆動輪204b、車輪205a、車輪205b、電池208、車両制御装置209、各種センサ210、充電口211が搭載されている。電池208に対して、上述した本技術の蓄電システムが適用される。
 ハイブリッド車両200は、電力駆動力変換装置203を動力源として走行する。電力駆動力変換装置203の一例は、モータである。電池208の電力によって電力駆動力変換装置203が作動し、この電力駆動力変換装置203の回転力が駆動輪204a、204bに伝達される。なお、必要な個所に直流-交流(DC-AC)あるいは逆変換(AC-DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置203が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ210は、車両制御装置209を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ210には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
 エンジン201の回転力は発電機202に伝えられ、その回転力によって発電機202により生成された電力を電池208に蓄積することが可能である。
 図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置203に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置203により生成された回生電力が電池208に蓄積される。
 電池208は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口211を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
 図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容量表示を行う情報処理装置などがある。
 なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
<4.変形例>
 なお、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
(1)
 電池部と、
 コントローラと、
 通信部と、
 前記コントローラと前記通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
 前記第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部と
 を備える蓄電モジュール。
(2)
 直列に接続された複数の蓄電モジュールと、
 各蓄電モジュールを制御する制御装置と
 を備え、
 前記蓄電モジュールは、
 コントローラと、
 通信部と、
 前記コントローラと前記通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
 前記第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部とを備え、
 各蓄電モジュールの前記通信部と前記制御装置との間に前記第2の絶縁部が設けられる蓄電装置。
(3)
 各蓄電モジュールの電池部の電圧を等しくするように制御し、蓄電素子を有するバランス回路を備える
 (2)に記載の蓄電装置。
(4)
 前記制御装置と前記蓄電素子とが、前記電池部が接続される電力ラインとは異なる共通電源ラインを介して接続され、
 前記制御装置は、前記蓄電素子から供給される電圧に基づいて、前記コントローラの電源電圧を生成し、前記電源電圧が前記第2の絶縁部を介して前記通信部に供給されるように構成される
 (3)に記載の蓄電装置。
(5)
 前記蓄電素子と前記制御装置との間に、第3の絶縁部が設けられる
 (3)または(4)に記載の蓄電装置。
(6)
 (2)に記載の蓄電装置を複数、備え、
 前記複数の蓄電装置が直列に接続されて成り、
 各制御装置と通信を行う統合制御装置を備える
 蓄電システム。
(7)
 前記統合制御装置が第4の絶縁部を備える
 (6)に記載の蓄電システム。
(8)
 前記複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給するバイパス回路を備える(6)または(7)に記載の蓄電システム。
(9)
 前記統合制御装置は、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、前記所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行うように構成される
 (8)に記載の蓄電システム。
(10)
 (6)に記載の蓄電システムにおける制御方法であり、
 前記統合制御装置が、
 前記複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給する制御を行い、
 所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、前記所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行う
 制御方法。
(11)
 (6)に記載の蓄電システムから、電力の供給を受ける電子機器。
(12)
 (6)に記載の蓄電システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
(13)
 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
 前記送受信部が受信した情報に基づき、(6)に記載の蓄電システムの充放電制御を行う電力システム。
(14)
 (6)に記載の蓄電システムから、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記蓄電システムに電力を供給する電力システム。
 以上、本技術の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
 また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。また、本技術は、装置、素ステムに限らず、方法等により実現することができる。
MOD・・・蓄電モジュール
CNT・・・モジュールコントローラ
ICNT・・・コントロールボックス
INC・・・統合コントローラ
BB・・・電池ブロックグループ
ISA・・・第1絶縁部
ISB・・・第2絶縁部
ISC,ISD・・・絶縁部
COM・・・通信部
CL+,CL-・・・共通電源ライン
50・・・バランス回路
51・・・蓄電素子
60・・・バイパス回路

Claims (14)

  1.  電池部と、
     コントローラと、
     通信部と、
     前記コントローラと前記通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
     前記第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部と
     を備える蓄電モジュール。
  2.  直列に接続された複数の蓄電モジュールと、
     各蓄電モジュールを制御する制御装置と
     を備え、
     前記蓄電モジュールは、
     コントローラと、
     通信部と、
     前記コントローラと前記通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
     前記第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部とを備え、
     各蓄電モジュールの前記通信部と前記制御装置との間に前記第2の絶縁部が設けられる蓄電装置。
  3.  各蓄電モジュールの電池部の電圧を等しくするように制御し、蓄電素子を有するバランス回路を備える
     請求項2に記載の蓄電装置。
  4.  前記制御装置と前記蓄電素子とが、前記電池部が接続される電力ラインとは異なる共通電源ラインを介して接続され、
     前記制御装置は、前記蓄電素子から供給される電圧に基づいて、前記コントローラの電源電圧を生成し、前記電源電圧が前記第2の絶縁部を介して前記通信部に供給されるように構成される
     請求項3に記載の蓄電装置。
  5.  前記蓄電素子と前記制御装置との間に、第3の絶縁部が設けられる
     請求項3に記載の蓄電装置。
  6.  請求項2に記載の蓄電装置を複数、備え、
     前記複数の蓄電装置が直列に接続されて成り、
     各制御装置と通信を行う統合制御装置を備える
     蓄電システム。
  7.  前記統合制御装置が第4の絶縁部を備える
     請求項6に記載の蓄電システム。
  8.  前記複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給するバイパス回路を備える請求項6に記載の蓄電システム。
  9.  前記統合制御装置は、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、前記所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行うように構成される
     請求項8に記載の蓄電システム。
  10.  請求項6に記載の蓄電システムにおける制御方法であり、
     前記統合制御装置が、
     前記複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給する制御を行い、
     所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、前記所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行う
     制御方法。
  11.  請求項6に記載の蓄電システムから、電力の供給を受ける電子機器。
  12.  請求項6に記載の蓄電システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
  13.  他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
     前記送受信部が受信した情報に基づき、請求項6に記載の蓄電システムの充放電制御を行う電力システム。
  14.  請求項6に記載の蓄電システムから、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記蓄電システムに電力を供給する電力システム。
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