CN103368145A - 电池***的继电器熔敷检测装置、以及使用该装置的电池*** - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是即使使用机械式继电器来构筑电池***也可提供安全性高的电池***。本发明涉及的电池***，其特征在于，具有：将多个电池单元串联连接的电池模块；与所述电池模块串联连接的开关电路；控制所述开关电路的控制装置；以及对所述开关电路的熔敷进行诊断的熔敷诊断电路，在该电池***中，所述开关电路为第一继电器开关和第二继电器开关串联连接而构成，所述熔敷诊断电路具有对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关之间的电压进行测量的电压测量器。

Description

电池***的继电器熔敷检测装置、以及使用该装置的电池***
技术领域
本发明涉及设置在电池***的继电器的熔敷检测装置、以及使用了该熔敷检测装置的电池***。 
背景技术
近年开发进展的电池***可用于各种各样的用途，根据其使用目的，电池***的规模不同。尤其是，服务器中心等的负载变动抑制或断电对策、铁路的再生电力吸收***、可再生能源***或原子能发电站等的大规模***的稳定地使用的电池***成为大规模的***。对于该大规模的电池***，将多个作为使用的最小单位的电池模块串联连接来构成电池组，并进一步将这些电池组多个并联连接而构成。在这样的电池***中，为了便于维护，或为了在该电池***发生异常时保护所述的电池组，具有与电池单元串联连接的继电器。 
例如在专利文献1中，公开有在将多个电池模块串联连接的蓄电池装置设置有一个开关的电力存储***。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本专利特开2003-244854号公报 
另一方面，在大规模电池***中，在主电路开关使用机械式继电器的情况下存在如下问题：在开关为一个的情况下，在该继电器熔敷时，因为对电池组与外部的设备进行切断的单元消失，所以在发生异常时，无法充分地保护电池***。 
发明内容
本发明鉴于上述课题，将即使使用机械式继电器来构筑电池***也能够提供可靠性高的电池***作为课题。 
本发明涉及的电池***，其特征在于，具有：多个电池单元串联连接而构成的电池模块；与所述电池模块串联连接的开关电路；控制所述开关电路的控制装置；以及对所述开关电路的熔敷进行诊断的熔敷诊断电路，在该电池***中，所述开关电路构成为第一继电器开关和第二继电器开关串联连接，所述熔敷诊断电路具有对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关之间的电压进行测量的电压测量器。 
【发明的效果】 
通过实施本发明，即使使用机械式继电器来构筑电池***，也能够提供可靠性高的电池***。 
附图说明
图1是示出本发明涉及的发电***的概要的框图。 
图2是示出本发明涉及的电池***的分层结构的图。 
图3是示出本发明涉及的电池模块的电路结构图。 
图4是本发明涉及的电池***的电路结构图。 
图5是对在图4示出的电池***中电池组周边进行放大显示的电路结构图。 
图6是示出本发明的下继电器开关的熔敷检测方法的流程图。 
图7是示出本发明的上继电器开关的熔敷诊断方法的流程图。 
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式涉及的电池***，参照附图进行说明。 
首先，对本发明的实施方式涉及的电池***的概要进行说明。 
在来自风力发电和太阳能发电等的自然能量的电力***中，不具有影响自然环境的负载少这样的优点，而该发电能力受到自然环境的左右。具体地说，因为风力和太阳光强时时刻刻变化，所以担心频率变动和电压波动等对电力***带来不好的影响。 
作为除去这样的担忧的方法之一，提出有如下的电力体系：在自然能量发电装置中同时设置电池***，实现对电力***的频率变动和电压波动的抑制。图1是示出应用本发明涉及的电池***201的电力体系101的概 要的框图。 
电力体系101如图1所示，具有电力***102、发电装置103、逆变器104、本发明涉及的电池***201而构成。 
发电装置103例如具有将来自自然能量而发电的电力供给到电力***102的功能。在对发电装置103和电力***102之间进行连接的电线105的连接点A，经由逆变器104连接有本发明涉及的电池***201。 
逆变器104具有将由发电装置103发电的电力变换为直流电力、并将变换后的直流电力输送到电池***201的功能，以及将电池***201所存储的直流电力变换为交流电力、并将变换后的交流电力输送到电力***102的功能。对于负载的供电可通过交流的电力***102进行。 
作为发电装置103采用了自然能量发电装置的情况下，其输出受到有关气侯和季节等的自然环境的变化的影响而变动。该输出变动导致电力***102的频率变动和电压波动，成为使电力***102的电力品质下降的主要原因。 
有关这一点，本发明的电池***201发挥功能以使电力***102的频率和电压的变动收敛在规定的范围内。即，电池***201具有如下的所谓缓冲功能：在对电力***102供给过剩的电力的情况下，将该过剩电力对电池***201进行充电，另一方面，在电力不足的情况下，对在电池***201所存储的电力进行放电。由此，本发明涉及的电池***201可抑制电力***102的频率变动和电压波动。 
接着，对本发明涉及的电池***201的具体的结构，使用图2进行说明。图2是概念地示出本发明涉及的电池***201的分层结构的框图。本发明涉及的电池***201，将最小的单位作为电池模块30，具有电池组40和电池块50，其中，电池组40具有多个电池模块30，电池块50具有多个电池组40。 
根据电池模块30的结构，进行具体地说明。电池模块30具有多个电池单元组20、和对电池单元组20的电池信息(例如、电池单元的电流信息、电压信息、温度信息、充电状态等)进行收集的单元控制装置(CCU)210、以及电池模块控制装置(BMCU)31。另外，该单元控制装置210也进行后述的电池单元间的均衡控制。由单元控制装置210所收集的电池 信息，被发送到电池模块控制装置(BMCU)31。并且，利用电池模块控制装置(BMCU)31，计算电池模块30内的电池单元组20的平均充电状态，并对先前的电池信息进一步附加电池单元组20的平均充电状态的电池信息，向上位的电池组控制装置(BPCU)230传送电池信息。 
电池组40具有多个电池模块30、和电池组控制装置230。电池组控制装置230收集从各电池模块控制装置31所输出了的电池信息，计算对电池组40内存在的电池模块30的充电状态进行平均的电池模块30的平均充电状态的信息。并且，对从电池模块控制装置31所得到的电池信息，附加多个电池模块30的平均充电状态的信息，进而对上位的电池块控制装置240输出电池信息。 
电池块50具有多个电池组40、以及电池块控制装置240。电池块控制装置240收集从各电池组控制装置230输出的电池信息，计算对电池块50内存在的电池组40的充电状态进行平均的电池组40的平均充电状态的信息。并且，对从电池组控制装置230得到的电池信息附加多个电池组40的平均充电状态的信息，进而向上位的***控制装置250输出电池信息。另外，在说明中，假设在电池块50具有多个电池组40，但构成电池块50的电池组40也可以是1个。这种情况下，电池块控制装置240将电池组控制装置230所输出了的电池信息按原样输出到***控制装置250。 
在本发明中，因为这样以多个分级监视电池的状态，所以成为可靠性高的电池***201。另外，本发明涉及的电池模块30、电池组40、和电池块50能够以各自的单位进行更换，所以成为维护性良好的电池***。 
接着，使用图3，对电池模块30进行详细说明。电池模块30具有多个电池单元组20、收集电池单元组20的电池信息的单元控制装置210、被输入该单元控制装置210的信息的电池模块控制装置31。 
电池单元组20具有多个电池单元3(这里例如是锂离子电池)被串联连接的结构，通过与该电池单元组20对应的单元控制装置210随时测量各电池单元3的电池信息(电流信息、电压信息、充电状态、温度)。另外，各单元控制装置210分别由单元控制装置间连接线344所连接，成为雏菊链(daisy chain)结构。因此，所谓电池模块控制装置31例如通过如光电耦合这样的绝缘通信单元346A、364B与连接线342A、342B连接。 
电池模块控制装置31内部具有非易失性存储器266，存储由各单元控制装置210所取得的电池信息。该被存储的数据通过通信线272以及模块插接部356输出到电池组控制装置230，该信息用于各电池模块30间的均衡等。 
另一方面，电池模块30内的电池单元组20分别被串联连接，电池单元3的正极侧与在电池模块30设置的正极端子1连接，电池单元3负极侧与负极端子2连接。 
进一步使用图4，对电池组40的结构以及电池块50的结构进行说明。首先在开始时，对电池组40进行说明。电池组40具有将多个电池模块30串联连接的电池模块串联体300(300A、300B)、与该电池模块串联体300连接的开关电路400、对构成该开关电路400的继电器开关的熔敷进行诊断的熔敷诊断电路410、以及控制各电池模块30的电池组控制装置230。对于开关电路400以及熔敷诊断电路410在下面进行详细说明。在电池组40中，多个电池模块串联体300(300A、300B)之间被并联连接。另外，在图4中为了使说明简单，对并联连接了两个电池模块串联体300A、300B的结构进行公开，但并联数并不特别限于两个，也可以根据用途使其增加。 
电池组控制装置230进行开关电路400的控制、熔敷诊断电路410的控制、电池模块控制装置31的控制及通信、以及对电池块控制装置240的信息的通信。所谓开关电路400的控制例如是如下的控制：由电流测量器227检测流向电池模块串联体300的直流电流，在电流存在异常的情况下，将开关电路400设为开状态而与其他的电池模块串联体300断开。通过像这样控制开关电路400，可防止存在异常的电池模块串联体300对其他的设备带来影响，或阻止在此之上电池模块串联体300的异常情况恶化。 
另一方面，电池块50成为前述的电池组40被多个并联的连接的结构。另外，在各电池组40的正极侧输出端子321串联地设置开关元件238，在负极侧输出端子322也同样地设置开关元件239，在电池组40产生了异常的情况下通过将开关元件238以及239设置为打开状态，从而可断开与其他设备以及并联连接的其他电池组40的连接。另外，可成为如下结构：在并联连接多个电池组40的元件与电池块正极输出248之间设置开关元 件241，在与另一方的电池块负极输出249之间也设置开关元件242，在电池块50内发生了异常的情况下，与其他的电池块50电气断开。 
这样，在本发明的电池***中可设置2重、3重开关元件，即使电池模块30、电池组40、电池块50的某一个部分也可断开与其他设备的连接，成为安全性非常高的电池***。 
接着，使用图5，对电池组40、开关电路400、以及熔敷诊断电路410的详细情况进行说明。首先对开关电路400进行说明。开关电路400成为将上继电器开关401和下继电器开关402串联连接的结构。通过这样的结构，即使在任意一方的继电器开关熔敷了的情况下，通过将未熔敷的继电器开关设为开状态，可断开电池模块串联体300，因此可靠性提高。另外，对于上继电器开关401以及下继电器开关402，可通过电池组控制装置230的信号来控制接通以及断开。 
接着，对熔敷诊断电路410进行说明。该熔敷诊断电路410具有对上继电器开关401的高电位侧的电压进行测量的电压测量器414、对上继电器开关401和下继电器开关402之间的电压进行测量的电压测量器415、与该电压测量器415连接的电阻元件411、以及一端连接电阻元件411且另一端连接电池模块串联体300的负极侧的开关元件412。由该电压测量器414以及415所测量的电压信息通过通信线273被发送到电池组控制装置230，电池组控制装置230基于该电压信息判断上继电器开关401以及下继电器开关402是否熔敷。通过这样的结构，可随时判断上继电器开关401以及下继电器开关402是否熔敷，在设置了两个继电器开关之后，可进一步提高安全性和可信赖性。 
对于具体的熔敷诊断方法，使用图6以及图7进行说明。首先，使用图6，对下继电器开关402的熔敷诊断方法进行说明。首先，在步骤S1将上继电器开关401以及下继电器开关402均设置为断开状态。接着，在步骤S2将熔敷诊断电路410的开关元件412设为接通状态。此后，通过电压测量器415对上继电器开关401以及下继电器开关402之间的电压V2进行测量。并且，该电压V2被发送到电池组控制装置230，通过步骤S3判断电压V2是否为0V。在电压V2为0V的情况下，因为上继电器开关401以及下继电器开关402之间的电路完全成为电气上独立，所以进入 步骤S4，判断为未熔敷下继电器开关402，继续通常的运转。另一方面，由电池组控制装置230判断电压V2不是0V的情况下，被判断构成由电压测量线403、电阻元件411、开关元件412、电池模块串联体300、下继电器开关402构成闭合电路，进入步骤S5，判断为熔敷下继电器开关402，在未图示的显示设备显示下继电器开关402熔敷。这种情况下，为了安全，上继电器开关401维持断开状态。 
如上述，通过使用该下继电器开关402的熔敷诊断方法，可由简单的电路结构提高电池***的可靠性。该诊断方法优选始终进行。一方面，在进行平时诊断时，可切断被诊断的电池模块串联体300和其他的设备的电连接，从发挥构成电池组40的电池模块串联体300的性能这一观点来看是不充分的。因此，在进行电池模块串联体300之间的均衡时，优选通过与电连接被断开的电池模块串联体300连接的开关电路400进行。通过这样的控制，在通常的控制中可充分地使用电池模块30的性能，并也可使作为电池***全体的可靠性提高。 
另外，通过熔敷诊断电路410与电池模块串联体300的负极侧连接，因为临时地通过维护即使将电池模块串联体300更换为其他的种类的电池(在这里例如铅蓄电池)也能够诊断，所以通过简单的电路结构不论电池种类如何都可进行继电器的熔敷诊断。 
接着，使用图7，对上继电器开关401的熔敷诊断方法进行说明。首先在开始时，在步骤S11将上继电器开关401以及下继电器开关402设置为断开状态。进而，通过电压测量器414测量上继电器开关401的高电位侧的电压V1，并向电池组控制装置230传送。在步骤S12，电池组控制装置230判断电压V1是否为0V。在电压V1为0V的情况下，进入步骤S13，根据电池组控制装置230的指示，将下继电器开关402设置为接通状态。进而，电压测量器414测量电压V1，并向电池组控制装置230传送。在步骤S14，电池组控制装置230再次判断V1是否为0V，如果电压V1保持为0V，则进入步骤S15，判断为上继电器开关401未熔敷，继续通常的运转。另一方面，在判断电压V1不是0V时，进入步骤S16，判断为在某个电路发生异常，在未图示的显示设备进行通知在电路产生异常的显示。另外，此时，因为将存在产生该异常的可能性的该电池模块串联体300从 电路断开，所以上继电器开关401以及下继电器开关402均被设为断开状态。 
返回到说明，在步骤S12判断电压V1不是0V的情况下，进入步骤S16，熔敷诊断电路410的开关元件412被设置为导通状态。在这里通过电压测量器415测量电压V2，进而由电压测量器414再次测量电压V1，并向电池组控制装置230发送。在步骤S17，判断该电压V2是否为0V，且电压V1与在步骤S12所使用的电压是否为同样的值，在满足该条件的情况下，上继电器开关401以及下继电器开关402之间的电路变得电气独立，所以进入步骤S18，判断为上继电器开关未熔敷。另一方面，在该电压V2不是0V，且电压V1与在步骤S12使用的电压不同的情况下，上继电器开关401、未图示的外部负载、构成熔敷诊断电路410的开关元件412、电阻元件411以及电压测量线404构成闭合电路，未图示的外部负载的电压变动量追加到上继电器开关401以及下继电器开关402之间的电路。因此，进入步骤S19，判断为上继电器开关401熔敷，在未图示的显示设备进行通知上继电器开关401进行了熔敷的显示。 
通过使用上述的上继电器开关401的熔敷诊断方法，由简单的电路结构可使电池***的安全性提高。该诊断方法优选经常进行。另外，与上述的下继电器开关402的诊断方法相同，在进行各电池模块串联体300间的均衡时，优选通过与电连接被断开的电池模块串联体300连接的开关电路400进行。 
进而，通过熔敷诊断电路410与电池模块串联体300的负极侧连接，因为可在产生异常时形成与外部负载的闭合电路，所以即使临时地通过维护，电池模块串联体300被更换为其他的种类的电池(在这里例如铅蓄电池)也能够诊断。 
如以上说明，通过使用本发明，即使使用机械式继电器来构筑电池***，也能够提供安全性高的电池***。另外，维护时即使更换为不同种类的电池模块，因为也能可靠地检测继电器的熔敷，所以可提供安全性进一步提高了的电池***。 
标号说明 
1 正极端子 
2 负极端子 
20 电池单元组 
30 电池模块 
31 电池模块控制装置 
40 电池组 
227 电流测量器 
230 电池组控制装置 
272 通信线 
300 电池模块串联体 
321 正极侧输出端子 
322 负极侧输出端子 
400 开关电路 
401 上继电器开关 
402 下继电器开关 
403，404 电压测量线 
410 熔敷诊断电路 
411 电阻元件 
412 开关元件 
414，415 电压测量器。 

Claims (9)

1.一种电池***，具有：
将多个电池单元串联连接的电池模块；
与所述电池模块串联连接的开关电路；
控制所述开关电路的控制装置；以及
对所述开关电路的熔敷进行诊断的熔敷诊断电路，
该电池***的特征在于，
所述开关电路构成为第一继电器开关和第二继电器开关串联连接，
所述熔敷诊断电路具有对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关之间的电压进行测量的电压测量器。
2.如权利要求1所述的电池***，其特征在于，
所述熔敷诊断电路还具有对所述第一继电器开关的高电位侧的电压进行测量的电压测量器。
3.如权利要求2所述的电池***，其特征在于，
所述熔敷诊断电路具有开关元件，通过该开关元件与所述电池模块的负极侧连接。
4.如权利要求3所述的电池***，其特征在于，
所述第一继电器开关的高电位侧与负载连接，并且，所述电池模块的负极侧与负载连接。
5.如权利要求4所述电池***，其特征在于，
所述开关元件的控制是控制所述开关电路的控制装置。
6.一种电池***的诊断方法，所述电池***具有：
将多个电池单元串联连接的电池模块；
与所述电池模块串联连接且串联连接了第一继电器开关以及第二继电器开关的开关电路；
对所述第一继电器开关以及所述第二继电器开关进行控制的控制装置；以及
具有开关元件，并通过该开关元件与所述电池模块的负极侧连接的熔敷诊断电路，
该电池***的诊断方法的特征在于，
所述控制装置具有：将所述第一继电器开关以及所述第二继电器开关设置为断开状态的第一过程；在该第一过程之后将所述开关元件设置为接通状态的第二过程；以及在该第二过程之后，判断所述第一继电器开关以及所述第二继电器开关之间的电压是否为0V的第三过程。
7.如权利要求6所述的电池***的诊断方法，其特征在于，
在所述第三过程中，在所述第一继电器开关以及所述第二继电器开关之间的电压不是0V的情况下，判断为所述第二继电器开关存在异常。
8.一种电池***的诊断方法，所述电池***具有：
将多个电池单元串联连接的电池模块；
与所述电池模块串联连接且串联连接了第一继电器开关以及第二继电器开关的开关电路；
对所述第一继电器开关以及所述第二继电器开关进行控制的控制装置；以及
具有开关元件并通过该开关元件与所述电池模块的负极侧连接的熔敷诊断电路，
该电池***的诊断方法的特征在于，
所述控制装置具有：将所述第一继电器开关以及所述第二继电器开关设为断开状态的第一过程；在该第一过程之后，对所述第一继电器开关的高电位侧的电压进行测量的第二过程；在该第二过程之后，将所述开关元件设为接通状态的第三过程；以及在该第三过程之后，判断所述第一继电器开关以及所述第二继电器开关之间的电压是否为0V，进而所述第一继电器开关的高电位侧的电压与所述第二过程的电压是否为相同值的第四过程。
9.如权利要求8所述的电池***的诊断方法，其特征在于，
在所述第四过程中，在所述第一继电器开关以及所述第二继电器开关之间的电压不是0V，进而所述第一继电器开关的高电位侧的电压与所述第二过程的电压不是相同的值的情况下，判断为所述第一继电器开关存在异常。
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