WO2020080543A1 - 蓄電システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power storage system.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-98708
- Patent Document 2 International Publication No. 2017/086349
- the output voltage, the condition when charging is completed, etc. will be different. Therefore, when two power storage modules having different types of secondary batteries are connected in parallel, it is difficult to fully utilize the capabilities of both power storage modules.
- a power storage system configured, for example, between a first power storage unit of a first power storage device that is configured to be connectable in parallel with a second power storage device and a wiring that electrically connects the first power storage device and the second power storage device. And a switching unit that switches the electrical connection relationship between the wiring and the first power storage unit.
- the above power storage system is connected in parallel with the switching unit between the wiring and the first power storage unit, has a resistance larger than that of the switching unit, and passes current in the direction from the wiring to the first power storage unit.
- a limiting unit that suppresses passage of current in the direction from the first power storage unit to the wiring is provided.
- the first power storage unit includes a plurality of first power storage cells connected in series.
- the second power storage device has a second power storage unit including a plurality of second power storage cells connected in series.
- the first electricity storage cell is a first type of secondary battery.
- the second power storage cell is a second type secondary battery.
- the battery system of the first type secondary battery is, in principle, a reaction formula that does not cause irreversible changes in the battery system even when the overcharged state is maintained. expressed.
- the battery system of the second type of secondary battery is represented by a reaction formula that causes an irreversible change in the battery system in principle when the overcharged state continues.
- the limiting unit may include a current amount limiting unit that limits the amount of current flowing through the limiting unit.
- the limiting unit is connected in series with the current amount limiting unit, passes current in a direction from the wiring toward the first power storage unit, and does not pass current in a direction from the first power storage unit toward the wiring.
- a direction limiting portion may be included.
- the current amount limiting unit may include a PTC thermistor.
- the secondary battery of the first type may have a characteristic that the battery voltage decreases from the peak voltage by ⁇ V when overcharged.
- the secondary battery of the second type does not need to have the characteristic that the battery voltage decreases from the peak voltage by ⁇ V when overcharged.
- the battery capacity of the first power storage unit may be smaller than the battery capacity of the second power storage unit.
- the power storage system may be charged by a constant current / constant voltage charging method (CCCV).
- CCCV constant current / constant voltage charging method
- the set voltage indicating the full charge of the first power storage cell may be smaller than the set voltage at the constant voltage charge of the second power storage cell.
- the above-described power storage system may include a status information acquisition unit that acquires status information indicating the status of each of the plurality of first power storage cells.
- the power storage system may include a switching control unit that controls the switching unit.
- the switching control unit is configured such that at least one state of the plurality of first power storage cells indicated by the state information acquired by the state information acquisition unit indicates that the first type secondary battery is fully charged.
- the switching unit may be controlled so that the switching unit electrically disconnects the wiring and the first power storage unit when the charging condition is satisfied.
- the state information may include information indicating the battery voltage of each of the plurality of first power storage cells.
- the switching control unit causes the switching unit to connect the wiring and the first power storage when the battery voltage of at least one of the plurality of first power storage cells indicated by the state information is larger than a predetermined first threshold value.
- the switching unit may be controlled to electrically disconnect the unit.
- the state information may include information indicating the temperature of the surface of each of the plurality of first power storage cells or the temperature near the surface.
- the switching control unit causes the temperature rise gradient of at least one surface or the vicinity of the surface of the plurality of first power storage cells indicated by the state information per unit time to be greater than a predetermined second threshold value.
- the switching unit may be controlled so that the switching unit electrically disconnects the wiring and the first power storage unit.
- the first power storage device may include a switching unit and a limiting unit. In the above power storage system, the first power storage device may be configured to be detachable from the wiring.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage system 100.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage module 110.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a module controller 240.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of the system control unit 140.
- 1 schematically shows an example of a circuit configuration of a power storage module 110.
- An example of the system configuration of the switching unit 630 is schematically shown.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage module 710.
- An example of the system configuration of the switching unit 730 is schematically shown.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage system 900.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage module 1010.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a module controller 1040.
- An example of the circuit configuration of the module control unit 1040 is schematically shown.
- An example of the circuit configuration of the module control unit 1040 is schematically shown.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage module 1410.
- An example of the system configuration of the circuit configuration of the voltage adjustment unit 1430 is schematically shown.
- An example of the voltage adjustment unit 1430 is schematically shown.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage module 1710.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage module 1810.
- An example of the internal configuration of the trickle charging unit 1820 is schematically shown.
- 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage system 100.
- 1 schematically shows an example of charging characteristics of the power storage system 100.
- 1 schematically shows an example of charging characteristics of the power storage system 100.
- 1 schematically shows an example of charging characteristics of the power
- FIG. 1 schematically shows an example of a system configuration of a power storage system 100.
- the power storage system 100 is electrically connected to the load device 12 and supplies electric power to the load device 12 (may be referred to as discharging of the power storage system 100).
- the power storage system 100 is electrically connected to the charging device 14 and stores electrical energy (sometimes referred to as charging the power storage system).
- the power storage system 100 is used for, for example, a power storage device, an electric device, a transportation device, and the like. Examples of the transportation device include electric vehicles, hybrid vehicles, electric motorcycles, railway vehicles, airplanes, elevators, cranes, and the like.
- the power storage system 100 includes a connection terminal 102, a connection terminal 104, a connection terminal 102 and a wiring 106 that electrically connects the connection terminal 102, and a power storage module 110 having a positive electrode terminal 112 and a negative electrode terminal 114.
- the power storage module 120 having a positive electrode terminal 122 and a negative electrode terminal 124, and a system control unit 140.
- the power storage module 110 and the power storage module 120 may be an example of a power storage device configured to be connectable in parallel.
- the power storage module 110 may be an example of a power storage device, and the power storage module 120 may be an example of another power storage device.
- the power storage device may be an example of a power supply device.
- the system control unit 140 may be an example of a battery characteristic acquisition unit.
- the system control unit 140 may be an example of an output unit.
- the power storage system 100 is electrically connected to the load device 12 or the charging device 14 via the connection terminal 102 and the connection terminal 104.
- the power storage module 110 and the power storage module 120 are connected in parallel using the wiring 106. Further, each of the power storage module 110 and the power storage module 120 is detachably held in the housing of the power storage system 100. Thereby, each of the power storage module 110 and the power storage module 120 can be individually replaced.
- each of the power storage module 110 and the power storage module 120 can switch the connection relationship between the power storage unit of each power storage module and the wiring 106 based on a control signal from the system control unit 140 or a user operation.
- each of the power storage module 110 and the power storage module 120 may electrically connect the power storage unit of each power storage module to the wiring 106 or store each power storage unit based on a control signal from the system control unit 140 or a user operation.
- the power storage portion of the module can be electrically disconnected from the wiring 106.
- the voltage of the power storage module may be a voltage between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the power storage module (may be referred to as a voltage between terminals of the power storage module).
- each of the power storage module 110 and the power storage module 120 has a power storage unit of each power storage module based on a control signal from the system control unit 140 or a user operation. And the wiring 106 can be switched. Then, for example, the power storage module 110 can be replaced by the following procedure.
- the user removes the old power storage module 110 from the power storage system 100.
- the user performs an operation for electrically disconnecting the power storage unit of the new power storage module 110 and the wiring 106 before mounting the new power storage module 110 in the power storage system 100.
- the user manually operates the switching element arranged between the positive electrode terminal 112 of the power storage module 110 and the power storage unit to electrically disconnect the positive electrode terminal 112 and the power storage unit.
- the user mounts the power storage module 110, in which the positive electrode terminal 112 and the power storage unit are electrically disconnected, in the power storage system 100.
- the positive electrode terminal 112 and the power storage unit are electrically disconnected, even if the voltage difference between the power storage module 110 and the power storage module 120 is relatively large, a current flows between the power storage module 110 and the power storage module 120. Does not flow.
- the system control unit 140 executes an operation for electrically connecting the power storage module 110 and the wiring 106. The details of the system control unit 140 will be described later.
- the power storage module when the power storage module is replaced or mounted, the voltage of the power storage module newly mounted in the power storage system 100 and the voltage already stored in the power storage system 100. It is not necessary to strictly adjust the voltage of the power storage module. Therefore, the power storage module can be easily and quickly replaced or mounted.
- the system control unit 140 controls each unit of the power storage system 100.
- system control unit 140 determines the state of power storage system 100. Examples of the state of the power storage system 100 include a charging state, a discharging state, a standby state, a stopped state, and the like.
- the system control unit 140 receives information about the charge / discharge event and determines the state of the power storage system 100 based on the information about the charge / discharge event.
- the information on the charge / discharge event includes (i) a charging request or a discharging request from an external device such as the load device 12 and the charging device 14, (ii) information indicating that the external device is connected, and (iii) the external device.
- Information indicating a type (iv) information indicating an operation of an external device, (v) information indicating a state of the external device, (vi) information indicating a user instruction or operation for the external device, (vii) a user for the power storage system 100
- the information indicating the instruction or operation of, and (viii) a combination thereof can be exemplified.
- the system control unit 140 determines that the power storage system 100 is in a discharging state when detecting the connection of the load device 12 or when receiving a signal indicating the type of the load device 12.
- the system control unit 140 may determine that the power storage system 100 is in the discharging state when receiving a signal indicating that the electric power is used from the load device 12.
- a signal indicating that the electric power is used, a signal indicating that the power source of the load device 12 is turned on, a signal indicating that the power source of the load device 12 is turned on, and shifting the load device 12 to the operation mode.
- a signal indicating that the load device 12 has transitioned to the operation mode.
- the system control unit 140 may determine that the power storage system 100 is in a charged state when detecting the connection of the charging device 14 or when receiving a signal indicating the type of the charging device 14. The system control unit 140 may determine that the power storage system 100 is in a charging state when receiving a signal indicating that charging is started from the charging device 14. System control unit 140 determines that power storage system 100 is in a charging state when receiving a signal from load device 12 indicating that a regenerative current is generated or a regenerative current may be generated. May be.
- the system control unit 140 monitors the respective states of the power storage module 110 and the power storage module 120.
- the system control unit 140 may collect information regarding the battery characteristics of the power storage units included in each of the power storage module 110 and the power storage module 120.
- the information about the battery characteristics of the power storage unit includes the voltage value of the power storage unit, the current value flowing through the power storage unit, the battery capacity of the power storage unit, the temperature of the power storage unit, the deterioration state of the power storage unit, and the SOC (State Of Charge) of the power storage unit. It may be at least one selected from
- Battery characteristics of the power storage unit (sometimes referred to as battery characteristics of the power storage module.
- the battery characteristics of the power storage unit may be the battery characteristics of a single unit cell among a plurality of unit cells forming the power storage module, May be the battery characteristics of the combination of the plurality of unit cells.) May include at least one of information about the specifications of the power storage unit and information about the deterioration state of the power storage unit.
- the information about the specifications of the power storage unit includes the type or model of the power storage unit, the connection state of the power storage unit, the type of charging method that can charge the power storage unit, the type of charging method that cannot charge the power storage unit, and the rated battery.
- Capacity (sometimes called rated capacity), rated voltage, rated current, energy density, maximum charge / discharge current, charge characteristics, charge temperature characteristics, discharge characteristics, discharge temperature characteristics, self-discharge characteristics, charge / discharge cycle characteristics
- the charging method include a CCCV method, a CC method, a trickle charging method, and the like.
- connection state of the power storage unit examples include the type of unit cells that form the power storage unit, the number of the unit cells, the connection form of the unit cells, and the like.
- connection form of the unit cells examples include the number of unit cells connected in series and the number of unit cells connected in parallel.
- the energy density may be volume energy density [Wh / m 3 ] or weight energy density [Wh / kg].
- the information on the deterioration state of the power storage unit is information on the power storage unit at any time, including (i) battery capacity in a fully charged state, (ii) SOC under a predetermined temperature condition, and (iii) SOH (State). Of Health), (iv) Equivalent series resistance (DCR, sometimes referred to as internal resistance), (v) Usage time, number of times of charging, charge amount, discharge accumulated from initial state or predetermined timing Information regarding the amount, the number of charge / discharge cycles, at least one of the temperature stress element, the overcurrent stress element, and the like can be exemplified.
- DCR Equivalent series resistance
- Usage time number of times of charging, charge amount, discharge accumulated from initial state or predetermined timing Information regarding the amount, the number of charge / discharge cycles, at least one of the temperature stress element, the overcurrent stress element, and the like can be exemplified.
- the information about the battery characteristics of the power storage unit may be stored in association with the information about the deterioration state of the power storage unit and the information about the time when the information is acquired.
- the information about the battery characteristics of the power storage unit may store information about the deterioration state of the power storage unit at a plurality of times.
- the SOH [%] is expressed as, for example, the full charge capacity at the time of deterioration (for example, the current full charge capacity) [Ah] / initial full charge capacity [Ah] ⁇ 100.
- the method of calculating or estimating SOH is not particularly limited, but, for example, SOH of the power storage unit is calculated or estimated based on at least one of the DC resistance value and the open circuit voltage value of the power storage unit.
- the SOH may be a value converted into a value under a predetermined temperature condition using an arbitrary conversion formula or the like.
- the method for determining the deterioration state of the power storage unit is not particularly limited, and a currently known or future developed determination method can be used. Generally, as the power storage unit deteriorates, the available battery capacity decreases and the equivalent series resistance increases. Therefore, for example, the deterioration state of the battery can be determined by comparing the current battery capacity, SOC or equivalent series resistance with the battery capacity, SOC or equivalent series resistance in the initial state.
- SOC [%] is expressed as, for example, remaining capacity [Ah] / full charge capacity [Ah] ⁇ 100.
- the method of calculating or estimating the SOC is not particularly limited, but the SOC is, for example, (i) the measurement result of the voltage of the power storage unit, (ii) the IV characteristic data of the voltage of the power storage unit, and (iii) It is calculated or estimated based on at least one of the integrated values of the current values of the power storage unit.
- the SOC may be a value converted into a value under a predetermined temperature condition using an arbitrary conversion formula or the like.
- the information on the battery characteristics of the power storage unit may be information on at least one of the charging time and the discharging time of the power storage unit.
- the charge time and the discharge time of the power storage unit may be the charge time and the discharge time of the power storage module including the power storage unit, respectively.
- the available battery capacity decreases, and at least one of the charging time and the discharging time becomes shorter.
- the information on the charging time of the power storage unit may include information indicating the ratio of the charging time of the power storage unit to the charging time of the power storage system 100.
- the information about the charging time of the power storage unit may include information indicating the charging time of the power storage system 100 and information indicating the charging time of the power storage unit.
- the charging time may be (i) a time during which a current or a voltage is applied to the power storage system 100 or the power storage unit in one charging operation, and (ii) one or a plurality of times in a predetermined period. In the charging operation, it may be the sum of the times when current or voltage is applied to the power storage system 100 or the power storage unit.
- the information about the charging time of the power storage unit may include information indicating the ratio of the number of times of charging the power storage unit in the period to the number of times of charging the power storage system 100 in a predetermined period.
- the information about the charging time of the power storage unit may include information indicating the number of times the power storage system 100 has been charged during a predetermined period and information indicating the number of times the power storage unit has been charged during the period.
- the information on the discharge time of the power storage unit may include information indicating the ratio of the discharge time of the power storage unit to the discharge time of the power storage system 100.
- the information on the discharge time of the power storage unit may include the discharge time of the power storage system 100 and the discharge time of the power storage unit.
- the above-mentioned discharge time may be (i) the time during which the power storage system 100 or the power storage unit supplies current or voltage in one discharge operation, and (ii) one or a plurality of discharges in a predetermined period. In the operation, it may be the sum total of the time when the power storage system 100 or the power storage unit supplies the current or the voltage.
- the information on the discharge time of the power storage unit may include information indicating the ratio of the number of discharges of the power storage unit in the period to the number of discharges of the power storage system 100 in a predetermined period.
- the information regarding the discharge time of the power storage unit may include the number of times the power storage system 100 is discharged during a predetermined period and the number of times the power storage unit is discharged during the period.
- the system control unit 140 may transmit at least one of the information about the battery characteristics of the power storage unit included in the power storage module 110 and the information about the battery characteristics of the power storage unit included in the power storage module 120 to an external device.
- the external device can use the information about the battery characteristics of the power storage unit.
- Examples of the external device include the load device 12 and the charging device 14.
- the external device may be an output device that outputs information to the user. Examples of the output device include a display device such as a display and a voice output device such as a microphone.
- the output device may be an example of the output unit.
- the system control unit 140 may determine the performance of the power storage module based on information about the battery characteristics of the power storage module.
- the system control unit 140 may output information indicating that the performance of the power storage module is insufficient, when the battery characteristics of the power storage module do not satisfy the predetermined determination condition.
- System control unit 140 may determine the determination condition based on the usage of power storage system 100.
- the system control unit 140 collects and collects at least one of the information about the battery characteristics of the power storage unit included in the power storage module 110 and the information about the battery characteristics of the power storage unit included in the power storage module 120. The case of transmitting the information to an external device has been described.
- the power storage system 100 is not limited to this embodiment.
- each of the power storage module 110 and the power storage module 120 may collect information about the battery characteristics of the power storage unit included in each power storage module and transmit the collected information to an external device.
- the system control unit 140 determines the order in which the power storage units of the respective power storage modules are electrically connected to the wiring 106 based on the voltage of the power storage units of the respective power storage modules. For example, when the operation of the power storage system 100 is started and the state of the power storage system 100 starts from the charged state, the system control unit 140 electrically connects the power storage unit of the power storage module having a low voltage to the wiring 106. On the other hand, when the operation of the power storage system 100 is started, when the state of the power storage system 100 starts from the discharge state, the system control unit 140 electrically connects the power storage unit of the power storage module having a high voltage to the wiring 106. The system control unit 140 may determine the order in which the power storage units of the respective power storage modules are electrically connected to the wiring 106 based on the voltage across the terminals of the power storage modules.
- the system control unit 140 may transmit a signal for connecting the power storage unit to the wiring 106 to each power storage module according to the determined order. In another embodiment, the system control unit 140 selects a power storage module having the lowest voltage or SOC or a power storage module having the highest voltage or SOC, and wires the power storage unit only to the selected power storage module. A signal may be transmitted to connect to 106.
- the system control unit 140 may be realized by hardware or software. Further, it may be realized by a combination of hardware and software. In one embodiment, the system controller 140 may be realized by an analog circuit, a digital circuit, or a combination of analog and digital circuits. In another embodiment, the system control unit 140 is a program for controlling each unit of the system control unit 140 in a general information processing device including a CPU, a ROM, a RAM, a data processing device having a communication interface, and the like. May be implemented by executing.
- the program installed in the computer and causing the computer to function as a part of the system control unit 140 may include a module that defines the operation of each unit of the system control unit 140. These programs or modules work on the CPU or the like to cause the computer to function as each unit of the system control unit 140.
- the information processing described in these programs functions as a specific means by which the software and the various hardware resources described above cooperate by being read by a computer.
- the program may be stored in a computer-readable medium or may be stored in a storage device connected to a network.
- electrically connected is not limited to the case where a specific element is directly connected to another element.
- a third element may be interposed between the specific element and the other element.
- the specific element and the other element are physically connected.
- the input winding and output winding of a transformer are not physically connected, but are electrically connected.
- the specific element and the other element are electrically connected.
- connected in series means that a specific element and another element are electrically connected in series
- “connected in parallel” means that the specific element and another element are connected. And are electrically connected in parallel.
- the power storage system 100 includes two power storage modules connected in parallel has been described.
- the power storage system 100 is not limited to this embodiment.
- the power storage system 100 may include three or more power storage modules connected in parallel.
- the user performs an operation for electrically connecting the power storage unit of the new power storage module 110 and the wiring 106 before mounting the power storage module 110 on the power storage system 100.
- the method of mounting or replacing the power storage module 110 is not limited to this embodiment.
- the user operates, for example, an input unit (not shown) of the power storage system 100 to input an instruction to start the replacement work of the power storage module 110.
- the input unit include a keyboard, a pointing device, a touch panel, a microphone, a voice recognition system, and a gesture input system.
- system control unit 140 When system control unit 140 receives an instruction to start the replacement work of power storage module 110, power storage unit of the power storage module (in the present embodiment, power storage module 120) connected in parallel with power storage module 110. An operation for electrically disconnecting the wiring 106 and the wiring 106 may be performed. At this time, system control unit 140 may perform an operation for electrically disconnecting the power storage unit of power storage module 110 and wiring 106. For example, the system control unit 140 transmits a signal for turning off the switching element arranged between the positive electrode terminal of each power storage module and the power storage unit to the switching element.
- the system control unit 140 When the system control unit 140 detects that the old power storage module 110 has been taken out and the new power storage module 110 has been mounted, the system control unit 140 acquires the voltage of the power storage unit of each power storage module. When the power storage unit of the new power storage module 110 and the wiring 106 are electrically connected, the system control unit 140, for example, until the voltage difference between the power storage module 110 and the power storage module 120 reaches an appropriate value. The power storage system 100 is operated using only 110. Then, when the voltage difference between power storage module 110 and power storage module 120 reaches an appropriate value, system control unit 140 performs an operation for electrically connecting power storage module 120 and wiring 106.
- the system control unit 140 sets the power storage unit of each power storage module to the wiring 106 based on the voltage of the power storage unit of each power storage module. Determine the order in which they will be electrically connected to. After that, the system control unit 140 electrically connects the power storage unit of each power storage module to the wiring 106 in the determined order. When the power storage unit of the new power storage module 110 and the wiring 106 are electrically connected, the system control unit 140 first electrically disconnects the power storage unit of the new power storage module 110 and the wiring 106. Good.
- the order in which the power storage units of the power storage modules are electrically connected to the wiring 106 is determined, and the power storage units of the power storage modules are electrically connected to the wiring 106 according to the determined order. You may make a connection.
- the power storage module 110 and the power storage module 120 connected in parallel to the load device 12 or the charging device 14 is connected to the voltage difference between the power storage modules. It can be mounted or replaced at any time without worrying about.
- the voltage difference between the power storage module 110 and the power storage module 120 may be caused not only by the difference in the charged state or the discharged state of the two power storage modules but also by the difference in the battery characteristics of the two power storage modules.
- the battery characteristics of the power storage module may be similar to the battery characteristics of the power storage unit described above.
- the battery characteristics of the power storage module may be at least one of the characteristics exemplified as the battery characteristics of the power storage unit.
- the power storage module 110 and the power storage module 120 can be connected in parallel to the load device 12 or the charging device 14.
- the battery characteristics of the power storage module 110 and the battery characteristics of the power storage module 120 may be the same or different.
- the battery characteristics of the secondary battery forming the power storage unit of the power storage module 110 and the battery characteristics of the secondary battery forming the power storage unit of the power storage module 120 are: It may be the same or different.
- a power supply system capable of connecting in parallel a plurality of power supply modules having different battery characteristics may be constructed by the same configuration as the power storage system 100. Thereby, each power supply module can be mounted or replaced at an arbitrary timing while suppressing deterioration or damage of each power supply module.
- Employing the same configuration as the power storage system 100 is particularly useful when the power supply system is a system that is electrically connected to an external charging device or load device by two terminals.
- the power supply module may be an example of a power supply device that supplies power to another device.
- the power storage module 110 and the power storage module 120 may be an example of a power supply module.
- the power storage system 100 may be an example of a power supply system in which a plurality of power supply devices can be connected in parallel.
- the power storage unit and the secondary battery may be an example of a power supply unit that is a power supply source of the power supply device.
- the battery characteristics of the power supply device vary depending on factors such as (i) deterioration state of the power supply unit, (ii) type of power supply unit, (iii) balance state of capacity and SOC.
- a power supply system in which a plurality of power supply devices having different deterioration states can be connected in parallel.
- a secondary use product of the power supply module may be referred to as a used product or a reuse product
- a power supply system can be constructed.
- a power supply system capable of connecting a plurality of power supply devices of different types in parallel.
- at least one of life, reliability, charging performance, discharge performance, energy efficiency, temperature characteristics, and economic efficiency is achieved, as compared with the case where a single type of power supply device is combined to construct a power supply system. It is possible to build an excellent power supply system. Details of the above power supply system will be described later.
- the plurality of power supply modules configuring the power storage system 100 are the power storage module 110 and the power storage module 120.
- the plurality of power supply modules configuring the power storage system 100 are not limited to this embodiment.
- at least one of the plurality of power supply modules may include a primary cell and may include a fuel cell.
- at least one of the plurality of power supply modules may include a primary battery or a fuel cell, and at least one of the plurality of power supply modules may include a secondary battery.
- the power storage unit, the primary battery, and the fuel cell may be examples of the power supply unit.
- the power supply module including the primary battery or the fuel cell has the same configuration as the power storage module 110 and the power storage module 120, based on the control signal from the system control unit 140 or the user's operation.
- the connection relationship between the primary battery or fuel cell of the first embodiment and the wiring 106 may be switched. For example, when the power supply module receives a signal indicating that the discharge operation is detected from the system control unit 140, the power supply module electrically connects the primary battery or the fuel cell of the power supply module and the wiring 106. . On the other hand, when the power supply module receives a signal indicating that the charging operation is detected from the system control unit 140, the power supply module electrically connects between the primary battery or fuel cell of the power supply module and the wiring 106. Disconnect the connection. Thereby, damage or deterioration of the primary cell or the fuel cell can be prevented.
- the power storage system 100 includes a plurality of power supply devices.
- the plurality of power supply devices may include two power supply devices in which the deterioration states of the power supply units are different from each other.
- the plurality of power supply devices may be connected in parallel to the load device 12 or the charging device 14.
- the power storage system 100 may be electrically connected to the load device 12 or the charging device 14 via two terminals. At least one of the plurality of power supply devices may be detachably held in the housing of the power storage system 100. Accordingly, each power supply device can be individually replaced.
- the power storage system 100 may include at least one power storage module.
- the power storage system 100 includes a new power supply device and a secondary power supply device.
- the power storage system 100 may include a plurality of secondary usage products having different usage histories.
- the performance required for the storage battery differs depending on the application. Therefore, even if the storage battery used for a specific application deteriorates and does not satisfy the required performance for that application, the storage battery can be reused by diverting it to another application. May be possible. Further, as a result of the improved performance of the storage battery, the life of the storage battery may be longer than the life of the product incorporating the storage battery. Even in such a case, it is desirable to reuse the storage battery instead of discarding it.
- the power storage system 100 in which a plurality of power supply devices having different deterioration states are connected in parallel. Further, while operating the power storage system 100, each power supply device can be individually mounted or removed. Further, before the reused power supply device is incorporated into the power storage system 100, at least part of the inspection of the power supply device can be omitted.
- each power supply device can switch the connection relationship between the power supply unit of each power supply device and the wiring 106 based on a control signal from the system control unit 140 or a user operation.
- the power storage system 100 can be safely operated even when the battery characteristics of the power supply device to be reused are not checked in advance. Further, the battery characteristics of the power supply device can be checked while operating the power storage system 100. When the battery characteristics of the power supply device are insufficient, the power supply device can be easily replaced.
- the power storage system 100 includes a plurality of power supply devices.
- the plurality of power supply units may include two power supply devices having different types of power supply units.
- the plurality of power supply devices may be connected in parallel to the load device 12 or the charging device 14.
- the power storage system 100 may be electrically connected to the load device 12 or the charging device 14 via two terminals. At least one of the plurality of power supply devices may be detachably held in the housing of the power storage system 100. Accordingly, each power supply device can be individually replaced.
- the power storage system 100 may include at least one power storage module.
- a primary battery, a secondary battery, a fuel cell, etc. can be exemplified.
- secondary batteries include lithium batteries, lithium-ion batteries, lithium-sulfur batteries, sodium-sulfur batteries, lead batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-cadmium batteries, redox flow batteries, and metal-air batteries.
- the type of lithium ion battery is not particularly limited. Examples of the type of lithium ion battery include iron phosphate type, manganese type, cobalt type, nickel type, and ternary type.
- each power supply device When the type of the power supply unit included in each power supply device differs between the two power supply devices, the difference between the rated voltages of the two power supply devices may exceed a predetermined value. In addition, the difference in at least one of the charging characteristics and the discharging characteristics of the two power supply devices may not satisfy a predetermined condition.
- a power supply system has been constructed by finding a power supply device that matches a specific condition and combining them. Therefore, in the first place, there was no idea to connect two such power supply devices in parallel.
- the present embodiment it is possible to easily construct the power storage system 100 in which a plurality of power supply devices of different types are connected in parallel. Further, while operating the power storage system 100, each power supply device can be individually mounted or removed. Furthermore, depending on the type of the power supply unit included in the power supply device, the electrical connection between the power supply unit and the load device 12 or the charging device 14 can be disconnected during the charging operation of the power storage system 100. .
- each power supply device can switch the connection relationship between the power supply unit of each power supply device and the wiring 106 based on a control signal from the system control unit 140 or a user operation. Accordingly, when the difference between the rated voltages of the two power supply devices included in power storage system 100 exceeds a predetermined value, or when the difference between at least one of the charging characteristics and the discharging characteristics of the two power supply devices is Even if the predetermined condition is not satisfied, the power storage system 100 can be safely operated.
- a power supply module including a lithium-ion battery having a problem in the operation in the above it is possible to construct a power supply system that operates in a wide temperature range and has high energy efficiency.
- FIG. 2 schematically shows an example of a system configuration of the power storage module 110.
- the power storage module 110 includes a power storage unit 210 having a positive electrode terminal 212 and a negative electrode terminal 214, a switching unit 230, a module control unit 240, a protection unit 250, and a balance correction unit 260.
- power storage unit 210 includes a power storage cell 222 and a power storage cell 224.
- the switching unit 230 may be an example of a switching element.
- the module controller 240 may be an example of a controller.
- the module control unit 240 may be an example of a control device.
- the module control unit 240 may be an example of a battery characteristic acquisition unit.
- the module control unit 240 may be an example of an output unit.
- the impedance of power storage unit 210 may be 1 ⁇ or less, or 100 m ⁇ or less.
- the impedance of power storage unit 210 may be 10 m ⁇ or less, 1 m ⁇ or less, 0.8 m ⁇ or less, or 0.5 m ⁇ or less.
- the impedance of power storage unit 210 may be 0.1 m ⁇ or more.
- the impedance of power storage unit 210 may be 0.1 m ⁇ or more and 1 ⁇ or less, 0.1 m ⁇ or more and 100 m ⁇ or less, 0.1 m ⁇ or more and 10 m ⁇ or less, and 0.1 m ⁇ or more and 1 m ⁇ or less. It may be.
- the voltage of the power storage module newly added to the power storage system and the remaining The voltage of the power storage module does not have to be matched with high accuracy. Therefore, even if the impedance of power storage unit 210 is small, power storage module 110 can be replaced easily and quickly.
- the storage cell 222 and the storage cell 224 are connected in series.
- the storage cell 222 and the storage cell 224 may be secondary batteries or capacitors.
- At least one of the power storage cell 222 and the power storage cell 224 may be a lithium-ion battery.
- At least one of the power storage cell 222 and the power storage cell 224 may further include a plurality of power storage cells connected in series, in parallel, or in a matrix inside the power storage cell.
- the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210 is electrically connected to the wiring 106 via the positive electrode terminal 112 of the power storage module 110 and the switching unit 230.
- the negative electrode terminal 214 of the power storage unit 210 is electrically connected to the wiring 106 via the negative electrode terminal 114 of the power storage module 110.
- the power storage module 110 is not limited to this embodiment.
- the negative electrode terminal 214 of the power storage unit 210 is electrically connected to the wiring 106 via the negative electrode terminal 114 of the power storage module 110 and the switching unit 230.
- the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210 is electrically connected to the wiring 106 via the positive electrode terminal 112 of the power storage module 110.
- the switching unit 230 is arranged between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the switching unit 230 switches the connection state of the wiring 106 and the power storage unit 210 based on the signal generated by the module control unit 240. Accordingly, power storage unit 210 can be electrically connected to wiring 106, or power storage unit 210 can be electrically disconnected from wiring 106.
- the power storage module 110 When the power storage module 110 is mounted on the power storage system 100, the power storage module 110 may be mounted on the power storage system 100 with the power storage unit 210 and the wiring 106 electrically disconnected by the switching unit 230. As a result, damage or deterioration of the power storage module 110 can be prevented.
- the switching unit 230 may be realized by hardware, may be realized by software, or may be realized by a combination of hardware and software.
- the switching unit 230 may be realized by an analog circuit, a digital circuit, or a combination of analog circuits and digital circuits.
- the switching unit 230 may include one or more elements.
- the switching unit 230 may include one or more switching elements. Each of the one or more switching elements may be arranged between the positive electrode terminal 112 and the positive electrode terminal 212 or between the negative electrode terminal 114 and the negative electrode terminal 214.
- a relay, a thyristor, a transistor, etc. can be illustrated as a switching element.
- the thyristor may be a bidirectional thyristor (sometimes referred to as a triac).
- the transistor may be a semiconductor transistor.
- the semiconductor transistor may be a bipolar transistor or a field effect transistor.
- the field effect transistor may be a MOSFET.
- the module control unit 240 controls the current flowing between the power storage unit 210 of the power storage module 110 and the wiring 106.
- the module control unit 240 when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 (in the present embodiment, the voltage between the positive electrode terminal 112 and the positive electrode terminal 212) satisfies a predetermined condition.
- the switching unit 230 is controlled so that the switching unit 230 electrically connects the power storage unit 210 and the wiring 106.
- the switching unit 230 may electrically connect the electricity storage unit 210 and the wiring 106 by electrically connecting the electricity storage unit 210 and the positive electrode terminal 112.
- the switching unit 230 is controlled so that the switching unit 230 electrically disconnects the power storage unit 210 and the wiring 106 or the positive electrode terminal 112. To do.
- the switching unit 230 may electrically disconnect the power storage unit 210 and the positive electrode terminal 112 to electrically disconnect the power storage unit 210 and the wiring 106.
- the predetermined condition may be a condition that the absolute value of the terminal voltage of the switching unit 230 is within a predetermined range.
- the predetermined range may be 3 V or less, 1 V or less, 0.1 V or less, 10 mV or less, or 1 mV or less. Further, the predetermined range may be 0.5 mV or higher, or 1 mV or higher. The predetermined range may be 0.5 mV or more and 3 V or less. The predetermined range may be 1 mV or higher and 3 V or lower, 1 mV or higher and 1 V or lower, 1 mV or higher and 0.1 V or lower, or 1 mV or higher and 10 mV or lower, or 10 mV.
- the inter-terminal voltage of the switching unit 230 may be the voltage between the positive electrode terminal 112 and the positive electrode terminal 212, or the voltage between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the predetermined range may be set based on the impedance of the power storage unit 210.
- the predetermined range may be set based on the rated current or the allowable current of power storage unit 210.
- the predetermined range may be set based on the impedance of power storage unit 210 and the rated current or the allowable current of power storage unit 210.
- the predetermined range may be set based on the rated current or the allowable current of the element of the power storage module 110 having the smallest rated current or the allowable current.
- the predetermined range may be set based on the impedance of the power storage module 110 and the rated current or allowable current of the element of the power storage module 110 having the smallest rated current or allowable current.
- the wiring 106 and the new power storage module are newly mounted until the voltage difference between the newly mounted power storage module and the already mounted power storage module falls within a predetermined range.
- the power storage unit 210 of the power storage module can be kept electrically disconnected.
- the power storage unit of the power storage module is electrically connected to the wiring 106.
- the newly mounted power storage module and another power storage module can be automatically connected.
- the module control unit 240 receives from the system control unit 140 a signal indicating that the terminal voltage of the power storage module 110 is smaller than the terminal voltage of another power storage module.
- switching unit 230 controls switching unit 230 so that power storage unit 210 and wiring 106 are electrically connected. Thereby, the plurality of power storage modules 110 connected in parallel can be efficiently charged.
- the module control unit 240 receives from the system control unit 140 a signal indicating that the terminal voltage of the power storage module 110 is higher than the terminal voltage of another power storage module.
- switching unit 230 controls switching unit 230 so that power storage unit 210 and wiring 106 are electrically connected. Thereby, the plurality of power storage modules 110 connected in parallel can be efficiently discharged.
- the module control unit 240 receives, from the protection unit 250, a signal indicating that the terminal voltage of the storage cell 222 or the storage cell 224 is not within the predetermined range. Upon receiving the signal, the module control unit 240 controls the switching unit 230 so that the switching unit 230 electrically disconnects the power storage unit 210 and the wiring 106. Accordingly, deterioration or damage of power storage unit 210 due to overcharge or overdischarge can be suppressed.
- the module control unit 240 receives a user operation, and receives an instruction from the user to turn the switching unit 230 on or off. Upon receiving the user's instruction, the module control unit 240 controls the switching unit 230 according to the instruction.
- the module control unit 240 may acquire information regarding the battery characteristics of the power storage unit 210.
- the module control unit 240 may output information regarding the battery characteristics of the power storage unit 210 to an external device.
- the external device can use the information about the battery characteristics of power storage unit 210. Examples of the external device include the load device 12 and the charging device 14.
- the external device may be an output device that outputs information to the user.
- the module control unit 240 may be realized by hardware or software. Further, it may be realized by a combination of hardware and software. In one embodiment, the module controller 240 may be implemented by an analog circuit, a digital circuit, or a combination of analog and digital circuits. In another embodiment, the module control unit 240 executes a program for controlling the module control unit 240 in a general information processing device including a CPU, a ROM, a RAM, a data processing device having a communication interface, and the like. May be realized by a general information processing device including a CPU, a ROM, a RAM, a data processing device having a communication interface, and the like. May be realized by
- the program installed in the computer and causing the computer to function as a part of the module control unit 240 may include a module that defines the operation of each unit of the module control unit 240. These programs or modules work on the CPU or the like to cause the computer to function as each unit of the module control unit 240.
- the information processing described in these programs functions as a specific means by which the software and the various hardware resources described above cooperate by being read by a computer.
- the program may be stored in a computer-readable medium or may be stored in a storage device connected to a network.
- Computer-readable media may be non-transitory computer-readable media.
- the protection unit 250 protects the power storage unit 210.
- the protection unit 250 protects the power storage unit 210 from overcharge and overdischarge.
- the protection unit 250 detects that the inter-terminal voltage of the electricity storage cell 222 or the electricity storage cell 224 is not within the predetermined range, the protection unit 250 transmits a signal to that effect to the module control unit 240.
- the protection unit 250 may transmit information about the voltage between terminals of the power storage unit 210 to the system control unit 140.
- the protection unit 250 may be realized by hardware, may be realized by software, or may be realized by a combination of hardware and software.
- the protection unit 250 may be realized by an analog circuit, a digital circuit, or a combination of analog circuits and digital circuits.
- the balance correction unit 260 equalizes the voltages of a plurality of storage cells.
- the operation principle of the balance correction unit 260 is not particularly limited, and any balance correction device can be used.
- the power storage module 110 may include a plurality of balance correction units 260.
- the power storage module 110 has n (n is an integer of 2 or more) power storage cells, the power storage module 110 has n ⁇ 1 balance correction units 260.
- the balance correction unit 260 may be realized by hardware, software, or a combination of hardware and software.
- the balance correction unit 260 may be realized by an analog circuit, a digital circuit, or a combination of analog and digital circuits.
- the balance correction unit 260 is an active balance correction device.
- the active-type balance correction unit may be a balance correction unit that moves electric charge between two storage cells via an inductor, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-067742. It may be a balance correction unit that moves charges by using a capacitor as described in Japanese Patent Laid-Open No. 210109.
- the balance correction unit 260 may be a passive balance correction device.
- the passive balance correction device emits an extra charge by using, for example, an external resistor.
- the power storage unit 210 has two power storage cells connected in series.
- the power storage unit 210 is not limited to this embodiment.
- the power storage unit 210 may have three or more power storage cells connected in series.
- power storage unit 210 may include a plurality of power storage cells connected in parallel, or may include a plurality of cells connected in a matrix.
- FIG. 3 schematically shows an example of the system configuration of the module control unit 240.
- the module control unit 240 includes a determination unit 310, a reception unit 320, and a signal generation unit 330.
- the module control unit 240 may include a module information acquisition unit 340, a module information storage unit 350, and a module information transmission unit 360.
- the receiving unit 320 may be an example of the first signal receiving unit, the second signal receiving unit, and the third signal receiving unit.
- the module information acquisition unit 340 may be an example of a battery characteristic acquisition unit.
- the module information transmission unit 360 may be an example of an output unit.
- the module control unit 240 includes the module information acquisition unit 340, the module information storage unit 350, and the module information transmission unit 360.
- the power storage system 100 is not limited to this embodiment.
- the system control unit 140 may include at least one of the module information acquisition unit 340, the module information storage unit 350, and the module information transmission unit 360.
- the determination unit 310 determines whether the terminal voltage of the switching unit 230 is within a predetermined range.
- the determination unit 310 transmits a signal indicating the determination result to the signal generation unit 330.
- the determination unit 310 may be any comparator or comparison circuit.
- the determination unit 310 may be a window comparator.
- the receiving unit 320 receives at least one of a signal from the system control unit 140, a signal from the protection unit 250, and an instruction from the user.
- the reception unit 320 transmits a signal corresponding to the received information to the signal generation unit 330.
- the signal generation unit 330 receives a signal from at least one of the determination unit 310 and the reception unit 320.
- the signal generation unit 330 generates a signal for controlling the switching unit 230 based on the received information.
- the signal generation unit 330 transmits the generated signal to the switching unit 230.
- the signal generation unit 330 operates to turn on the switching element of the switching unit 230 when the determination unit 310 determines that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is within a predetermined range. Generate a signal. In another embodiment, when the determination unit 310 determines that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is not within the predetermined range, the signal generation unit 330 may turn off the switching element of the switching unit 230. Generate a signal.
- the signal generation unit 330 generates a signal after a predetermined time has elapsed after the determination unit 310 determines whether the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is within a predetermined range, or You may send it. As a result, malfunction due to noise or the like can be prevented. Further, it is possible to prevent the power storage unit 210 and the wiring 106 from being electrically connected immediately after the power storage module 110 is attached to the power storage system 100.
- the signal generation unit 330 generates a signal for controlling the switching element of the switching unit 230 based on the signal received by the reception unit 320. In one embodiment, when the receiving unit 320 receives a signal for turning on the switching element of the switching unit 230 from the system control unit 140, the signal generating unit 330 turns on the switching element of the switching unit 230. To generate a signal for.
- the signal generating unit 330 when the receiving unit 320 receives the signal for turning off the switching element of the switching unit 230 from the protection unit 250, the signal generating unit 330 turns off the switching element of the switching unit 230. To generate a signal for. In still another embodiment, when the receiving unit 320 receives a user's instruction, the signal generating unit 330 generates a signal for operating the switching element of the switching unit 230 according to the user's instruction.
- the module information acquisition unit 340 acquires information regarding the battery characteristics of the power storage unit 210.
- the module information acquisition unit 340 may acquire information regarding the battery characteristics of the power storage unit 210 by measuring the battery characteristics of the power storage unit 210.
- the module information acquisition unit 340 may acquire information regarding the battery characteristics of the power storage unit 210, which is input by the manufacturer, the seller, or the like at the time of shipping, inspection, or selling.
- the module information acquisition unit 340 may store information regarding the battery characteristics of the power storage unit 210 in the module information storage unit 350.
- the specific configuration of the module information acquisition unit 340 is not particularly limited, but the module information acquisition unit 340 may be a controller that controls reading and writing of data in the module information storage unit 350.
- the module information storage unit 350 stores the information about the battery characteristics of the power storage unit 210 acquired by the module information acquisition unit 340.
- the module information transmission unit 360 transmits the information about the battery characteristics of the power storage unit 210 acquired by the module information acquisition unit 340 to the system control unit 140.
- the module information transmission unit 360 may transmit the information about the battery characteristics of the power storage unit 210, which is acquired by the module information acquisition unit 340, to an external device.
- the module information transmission unit 360 may transmit information regarding the battery characteristics of the power storage unit 210 in response to a request from an external device, and transmits information regarding the battery characteristics of the power storage unit 210 at a predetermined timing. May be.
- the module information transmission unit 360 may refer to the module information storage unit 350 and transmit information regarding the battery characteristics of the power storage unit 210 to the system control unit 140 or an external device.
- FIG. 4 schematically shows an example of the system configuration of the system control unit 140.
- the system control unit 140 includes a state management unit 410, a module selection unit 420, and a signal generation unit 430.
- the state management unit 410 may be an example of a battery characteristic acquisition unit.
- the state management unit 410 may be an example of an output unit.
- the state management unit 410 manages the state of the power storage system 100.
- the state management unit 410 may manage the states of the power storage module 110 and the power storage module 120.
- the state management unit 410 may monitor the respective states of the power storage module 110 and the power storage module 120.
- the state management unit 410 may monitor the power storage module 110 and the power storage module 120 and acquire information regarding the battery characteristics of the power storage module 110 and the power storage module 120, respectively.
- the state management unit 410 may transmit information obtained by monitoring the power storage module 110 and the power storage module 120 to an external device.
- the state management unit 410 may measure the battery characteristics of each power storage module while operating the power storage system 100. When the battery characteristics of the power storage module do not satisfy the predetermined condition, state management unit 410 outputs information indicating that the performance of the power storage module is insufficient to an output device that outputs information to the user. Good. The state management unit 410 may output identification information of the power storage module and information indicating that the performance of the power storage module is insufficient.
- the user can easily identify the power storage module having insufficient performance and replace the power storage module.
- the power storage system 100 is constructed by using the reused power storage module, at least a part of the inspection of the reused power storage module can be omitted.
- the module selection unit 420 selects the power storage module with the smallest terminal voltage among the plurality of power storage modules included in the power storage system 100 when the power storage system 100 transitions to the charging state. For example, the module selection unit 420 compares the voltage between terminals of the power storage module 110 and the power storage module 120 and selects the power storage module with the smaller voltage between terminals. The module selection unit 420 transmits a signal indicating the selected power storage module to the signal generation unit 430.
- the module selection unit 420 selects the power storage module having the largest inter-terminal voltage among the plurality of power storage modules included in the power storage system 100. For example, the module selection unit 420 compares the voltage between the terminals of the power storage module 110 and the power storage module 120 and selects the power storage module with the higher voltage between the terminals. The module selection unit 420 transmits a signal indicating the selected power storage module to the signal generation unit 430.
- the signal generation unit 430 generates a signal for the power storage module selected by the module selection unit 420 to turn on the switching element of the switching unit 230 of the power storage module.
- the signal generator 430 transmits the generated signal to the module controller 240.
- the signal generation unit 430 may generate, for the power storage module selected by the module selection unit 420, a signal for turning off the switching element of the switching unit 230 of the power storage module.
- FIG. 5 schematically shows an example of the circuit configuration of the power storage module 110. It should be noted that, for the purpose of simplifying the description, in FIG. 5, the protection unit 250 and the wirings related to the protection unit 250 are not shown.
- the switching unit 230 includes a transistor 510, a resistor 512, a resistor 514, a diode 516, a transistor 520, a resistor 522, a resistor 524, and a diode 526.
- the transistors 510 and 520 may be an example of switching elements. In this embodiment, the case where the transistor 510 and the transistor 520 are used as the switching elements of the switching unit 230 will be described. However, the switching element of the switching unit 230 is not limited to this embodiment. In other embodiments, a single switching element may be used as the switching element of the switching unit 230.
- the module control unit 240 includes a determination unit 310, a signal generation unit 330, a switch 592 and a switch 594.
- the determination unit 310 includes a transistor 530, a resistor 532, a transistor 540, a resistor 542, a resistor 552, and a resistor 554.
- the signal generator 330 includes a transistor 560, a capacitor 570, a resistor 572, and a transistor 580.
- the switch 592 and the switch 594 may be an example of the receiving unit 320.
- the transistor 510 is a MOSFET, and even when the transistor 510 is off, a parasitic diode (not shown) equivalently formed between the source and drain of the transistor 510. As a result, current can flow from the positive electrode terminal 212 toward the positive electrode terminal 112.
- the transistor 520 is a MOSFET, and even when the transistor 520 is off, a parasitic diode (not shown) equivalently formed between the source and drain of the transistor 520 causes the transistor 520 to move from the positive terminal 112. A current may flow toward the positive electrode terminal 212.
- the transistor 510 and the transistor 520 are initially set to off.
- the transistor 580 When the transistor 580 is turned on when the power storage system 100 is charged, current flows from the positive electrode terminal 112 to the negative electrode terminal 114 through the resistor 512, the resistor 514, and the transistor 580. As a result, a voltage is applied to the gate of the transistor 510 and the transistor 510 is turned on. Accordingly, a current can flow from the positive electrode terminal 112 to the positive electrode terminal 212 via the parasitic diode equivalently formed between the source and the drain of the transistor 520.
- the transistor 580 when the transistor 580 is turned on when the power storage system 100 is discharged, a current flows from the positive terminal 212 to the negative terminal 214 via the resistor 522, the resistor 524, and the transistor 580. As a result, a voltage is applied to the gate of the transistor 520 and the transistor 520 is turned on. Accordingly, a current can flow from the positive electrode terminal 212 to the positive electrode terminal 112 via the parasitic diode equivalently formed between the source and the drain of the transistor 510.
- the voltage applied to the gate of the transistor 510 or the transistor 520 when the transistor 580 is turned on may be an example of a signal for turning on the switching element of the switching unit 230.
- the voltage applied to the gate of the transistor 510 or the transistor 520 when the transistor 580 is turned off may be an example of a signal for turning off the switching element of the switching portion 230.
- the values of the resistor 512 and the resistor 514 are set so that the transistor 510 can be reliably turned on / off with power saving. Further, the values of the resistor 522 and the resistor 524 are set so that the transistor 520 can be reliably turned on / off with power saving.
- the diode 516 is arranged between the resistor 514 and the resistor 524.
- the diode 516 passes current in the direction from the resistor 514 to the resistor 524, but does not pass current in the direction from the resistor 524 to the resistor 514.
- the switching unit 230 electrically disconnects the positive electrode terminal 112 and the positive electrode terminal 212
- the positive electrode passes through the route of the resistor 522, the resistor 524, the resistor 514, and the resistor 512. It is possible to prevent current from leaking from the terminal 212 to the positive electrode terminal 112.
- the diode 526 is arranged between the resistor 514 and the resistor 524.
- the diode 526 passes current in the direction from the resistor 524 to the resistor 514, but does not pass current in the direction from the resistor 514 to the resistor 524.
- the transistors 530 and 540 of the determination unit 310 are set to off by default. Further, the transistors 560 and 580 of the signal generation unit 330 are initially set to be off.
- the value of the resistor 532 turns on the transistor 530 when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is smaller than a predetermined first value in which the positive terminal 112 side is positive. Is set as follows. The value of the resistor 532 is preferably set so that the current leaking when the switching unit 230 is off is minimized. Further, the value of the resistor 542 is set so that the transistor 540 is turned on when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is higher than the predetermined second value. The value of the resistor 542 is preferably set so that the leakage current when the switching unit 230 is off is minimized. According to the present embodiment, the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is equal to the voltage difference between the positive electrode terminal 112 and the positive electrode terminal 212.
- the transistor 530 When the voltage between the terminals of the switching unit 230 is smaller than a predetermined first value, the transistor 530 is turned on, and the power storage unit 210 passes through the positive electrode terminal 212, the transistor 530, and the resistor 552 to connect the transistor 560. A voltage is applied to the base, and the transistor 560 is turned on. Although the voltage from the positive terminal 112 is applied to the base of the transistor 580, the on operation of the transistor 580 is hindered while the transistor 560 is on operation. As a result, the transistor 580 is turned off.
- the transistor 540 is turned on, and the positive terminal 112 is connected to the base of the transistor 560 via the transistor 540 and the resistor 554. A voltage is applied and the transistor 560 is turned on. As a result, the transistor 580 is turned off.
- the value of the resistor 552 is set so that power consumption can be reduced within a range in which the transistor 560 can be turned on when the transistor 530 is turned on.
- the value of the resistor 554 is set so that power consumption can be reduced within a range in which the transistor 560 can be turned on when the transistor 540 is on.
- the capacitance of the capacitor 570 is set so that the transistor 560 is turned on before the transistor 580 is turned on and the voltage from the positive terminal 112 is applied to the base of the transistor 580.
- the signal generator 330 determines whether the signal between the terminals of the switching element is within the predetermined range by the determination unit 310, and then outputs the signal after the predetermined time has elapsed. Can be generated.
- the transistors 530 and 540 remain off and the transistor 560 remains off. Is. Therefore, a voltage is applied to the base of the transistor 580 from the positive electrode terminal 112 through the resistor 572, and the transistor 580 is turned on.
- the switches 592 and 594 may be manual switches or may be switching elements such as relays, thyristors, and transistors.
- a signal 52 indicating that the switching section 230 is turned on may be input to the switch 592.
- the signal 54 indicating that the switching unit 230 is turned off may be input to the switch 594.
- the switching unit 230 can be turned on regardless of whether the transistor 580 is turned on or off.
- the switch 594 is turned on, the transistor 580 can be turned off regardless of whether the transistor 560 is turned on or off. As a result, the switching unit 230 can be turned off.
- FIG. 6 schematically shows an example of the system configuration of the switching unit 630.
- the switching unit 630 differs from the switching unit 230 described with reference to FIG. 5 in that the switching unit 630 has a relay 632 connected in parallel with the transistor 510 and the transistor 520.
- the switching unit 230 may have the same configuration.
- the transistors 510 and 520 may be semiconductor transistors.
- Transistors 510 and 520 may be field effect transistors (FETs).
- the relay circuit has the excellent characteristic that the resistance is small when the circuit is on, but the response speed is relatively slow. Therefore, for example, when the load device is a device having a pulsed current pattern such as a motor and the voltage fluctuates greatly in a short time, the load device may follow the signal from the signal generation unit 330 and perform an on operation. difficult. On the other hand, a semiconductor transistor consumes more power than a relay circuit, but has excellent responsiveness. According to the switching unit 630 of the present embodiment, the transistor 510 or the transistor 520 using a semiconductor transistor and the relay 632 using a relay circuit are connected in parallel.
- the switching unit 230 receives a signal for turning on the switching unit 230 from the signal generation unit 330, first, the transistor 510 or the transistor 520 responds quickly to turn on the switching unit 230. Then, after a little delay, the relay 632 is turned on. Then, when the relay 632 is turned on, the relay 632 having a small resistance is connected in parallel to the transistor 510 and the transistor 520, so that the combined resistance becomes small and the loss can be reduced.
- FIG. 7 schematically shows an example of a system configuration of the power storage module 710.
- FIG. 8 schematically shows an example of the system configuration of the switching unit 730.
- the parasitic diode 842 of the transistor 510 and the parasitic diode 844 of the transistor 520 are illustrated for the purpose of helping understanding of the operation of the transistor 510 and the transistor 520.
- the power storage module 710 has a switching unit 730 instead of the switching unit 230, and a signal from the protection unit 250 is transmitted to the switching unit 730 instead of the module control unit 240, with reference to FIG. 2. It differs from the electricity storage module 110 described. In other respects, the power storage module 110 may have the same configuration.
- the switching unit 730 receives a signal from the module control unit 240 for turning the switching unit 730 on or off. In addition, the switching unit 730 receives a signal for turning off the switching unit 730 from the protection unit 250.
- the signal 82 for turning on the switching element of the switching unit 730 is input to the logic circuit 852, and the signal 88 indicating that the power storage unit 210 is in the overcharged state is input. If not, transistor 510 turns on. Further, in the case where the signal 82 for turning on the switching element of the switching portion 730 is input to the logic circuit 854 and the signal 86 indicating that the power storage portion 210 is in the overdischarged state is not input, the transistor 520 turns on.
- FIG. 9 schematically shows an example of the system configuration of the power storage system 900.
- the power storage system 900 differs from the power storage system 100 in that the power storage system 900 includes a plurality of power storage modules 110 connected in a matrix. In other respects, the power storage system 100 may have the same configuration.
- a first block including three power storage modules 110 and diodes 902 connected in parallel and a second block including three power storage modules 110 and diodes 904 connected in parallel are connected in series. It is connected.
- the discharge from the block is stopped.
- the current can be bypassed by the diode 902 even when the discharge from the block is stopped. Therefore, the power supply by the power storage system 900 can be continued. Therefore, the output voltage gradually decreases while the power storage system 900 discharges electric power.
- the connection with the power storage system 900 is sequentially disconnected from the power storage module 110 that has reached the charging completed state among the plurality of power storage modules 110 included in a specific block. Then, finally, the charging of all the power storage modules 110 is completed.
- the diode 902 and the diode 904 are installed so that the current flows in the direction from the connection terminal 104 to the connection terminal 102 (may be referred to as the discharge direction). Therefore, even if the switching units 230 of all the power storage modules 110 included in the specific block are turned off, the current can be maintained. On the other hand, once the switching units 230 of all the power storage modules 110 included in the specific block are turned off, subsequent charging becomes difficult.
- the system control unit 140 when the power storage system 900 is charged, the system control unit 140 first detects the terminal voltage of each block and checks whether there is a block whose terminal voltage is 0. When a block having a terminal voltage of 0 is found, the system control unit 140 causes one of the plurality of power storage modules 110 included in the block to turn on the switching element of the switching unit 230. Send the signal. The system control unit 140 transmits a signal for turning on the switching element of the switching unit 230 to the power storage module 110 having the smallest inter-terminal voltage among the plurality of power storage modules 110 included in the above block. Good. After that, the system control unit 140 starts charging the power storage system 900.
- diode 902 and the diode 904 are installed so that current flows in the discharge direction.
- the power storage system 900 is not limited to this embodiment.
- diode 902 and diode 904 may be zener diodes. Accordingly, even when all the power storage modules 110 included in a specific block are completely charged and all the power storage modules 110 included in the block are disconnected from the power storage system 900, Charging of other blocks connected in series with the above specific block can be continued.
- the system control unit 140 may detect the voltage between terminals of each group and check whether or not there is a group in which the voltage between terminals is 0 before starting the discharge. Then, a signal for turning on the switching element of the switching unit 230 may be transmitted to one of the plurality of power storage modules 110 included in the block having the terminal voltage of 0.
- FIGS. 10 to 17 Another example of the power storage module 110 will be described with reference to FIGS. 10 to 17.
- the matters described for the power storage module 110 and each part thereof may be applied to other examples of the power storage module 110 and each part thereof within a technically consistent range.
- matters described for other examples of the power storage module 110 and each part thereof may be applied to the power storage module 110 and each part thereof.
- description of the items described for each unit of the power storage module 110 may be omitted.
- FIG. 10 schematically shows an example of the system configuration of the power storage module 1010.
- the power storage module 1010 includes a positive electrode terminal 112, a negative electrode terminal 114, and a power storage unit 210.
- the power storage module 1010 may include a switching unit 230.
- the power storage module 1010 may include a protection unit 250.
- the power storage module 1010 may include a balance correction unit 260.
- the electricity storage module 1010 includes a current detection element 1020 and a module control unit 1040.
- the power storage module 1010 may be an example of a control device and a control system.
- the module control unit 1040 may be an example of a control device.
- the switching unit 230 may be an example of the adjusting unit, the first current adjusting unit, and the second current adjusting unit.
- the switching unit 230 adjusts the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210. In one embodiment, the switching unit 230 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210 or electrically disconnects the wiring 106 and the power storage unit 210. In another embodiment, the switching unit 230 increases or decreases the current by changing the resistance value of the path between the wiring 106 and the power storage unit 210, for example.
- one end of the switching unit 230 is electrically connected to the wiring 106 via the positive electrode terminal 112 and the current detection element 1020.
- the other end of switching unit 230 is electrically connected to positive electrode terminal 212 of power storage unit 210.
- the information indicating the inter-terminal voltage of the switching unit 230 includes the potential of the wiring 106 or the voltage applied to the wiring 106 (may be simply referred to as the voltage of the wiring 106) and the terminal of the power storage unit 210 (for example, a positive electrode terminal). 212) or the voltage applied to the terminal (may be simply referred to as the voltage of the power storage unit 210, the voltage of the terminal, or the like) may be used as information indicating a difference.
- the switching unit 230 includes a current flowing between at least the wiring 106 and the power storage unit 210 in a direction from the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210 toward the positive electrode terminal 112 (may be referred to as a discharge direction). Adjust the size. In another embodiment, the switching unit 230 flows at least between the wiring 106 and the power storage unit 210 in a direction from the positive electrode terminal 112 to the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210 (which may be referred to as a charging direction). Adjust the size of. In still another embodiment, the switching unit 230 adjusts the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharging direction and the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction.
- the power storage module 1010 differs from the power storage module 110 in that it includes a current detection element 1020.
- the power storage module 1010 differs from the power storage module 110 in that a module control unit 1040 is provided instead of the module control unit 240.
- the power storage module 1010 may have the same characteristics as the corresponding configuration of the power storage module 110.
- the current detection element 1020 is used to acquire information indicating the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- information indicating the current the presence or absence of the current, the magnitude of the current, the direction of the current, and the like can be exemplified.
- the power storage module 1010 acquires information regarding the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 by measuring the terminal voltage of the current detection element 1020.
- the current detection element 1020 is arranged between the positive electrode terminal 112 and the switching unit 230. More specifically, one end of the current detection element 1020 is electrically connected to the switching unit 230. The other end of the current detection element 1020 is electrically connected to the wiring 106 via the positive electrode terminal 112. Note that current detection element 1020 may be arranged between switching unit 230 and positive electrode terminal 212 of power storage unit 210. In addition, the switching unit 230 or a part of the elements that configure the switching unit 230 may be used as the current detection element 1020.
- the current detection element 1020 may be any element having an arbitrary resistance value, and its type is not particularly limited.
- current detection element 1020 has an appropriate resistance value according to the maximum allowable current of power storage unit 210.
- a resistance, a hall sensor, etc. can be illustrated.
- a passive element or an active element having an appropriate resistance value may be used as the above resistance.
- the module control unit 1040 differs from the module control unit 240 in that it detects the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the module control unit 1040 controls the operation of the switching unit 230 based on (i) the voltage or SOC of the power storage unit 210 and (ii) the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210. Therefore, it is different from the module control unit 240.
- the module control unit 1040 controls the switching unit 230 based on (i) the voltage or SOC of the power storage unit 210, (ii) the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210, and (iii) the terminal voltage of the switching unit 230. The operation may be controlled.
- the module control unit 1040 may have the same characteristics as the corresponding configuration of the module control unit 240.
- the method by which the module control unit 1040 detects the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 is not particularly limited.
- the module control unit 1040 acquires information indicating the terminal voltage of the current detection element 1020 arranged between the positive electrode terminal 112 and the positive electrode terminal 212, and based on the information, the wiring 106 and the power storage unit.
- the current flowing between 210 is detected. Accordingly, the module control unit 1040 can monitor the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the module control unit 1040 may determine the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210, or may determine the direction of the current.
- the module control unit 1040 when the switching unit 230 adjusts or controls at least the magnitude of the current flowing in the discharge direction between the wiring 106 and the power storage unit 210, the module control unit 1040 causes the module control unit 1040 to connect between the wiring 106 and the power storage unit 210. To monitor or detect the current flowing in the charging direction.
- the switching unit 230 disconnects the electrical connection in the discharge direction between the wiring 106 and the power storage unit 210 (may be referred to as “electrically disconnect in the discharge direction”), the module.
- the control unit 1040 may monitor or detect the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210. In this case, the current detected by the module control unit 1040 is, as a result, a current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction.
- the module control unit 1040 controls the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the current flowing in the discharge direction is monitored or detected.
- the switching unit 230 disconnects the electrical connection in the charging direction between the wiring 106 and the power storage unit 210 (may be referred to as “electrically disconnecting in the charging direction”)
- the module may monitor or detect the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210. Note that in this case, the current detected by the module control unit 1040 is, as a result, a current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharging direction.
- the method by which the module control unit 1040 controls the operation of the switching unit 230 is not particularly limited. As described above, the module control unit 1040 detects the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210. The module control unit 1040 may control the operation of the switching unit 230 based on the information indicating the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210. Accordingly, the interlock of the switching unit 230 can be safely released when the power storage module 1010 is hot-inserted.
- the module control unit 1040 may acquire the information indicating the terminal voltage of the switching unit 230.
- the module control unit 1040 may control the operation of the switching unit 230 based on the information indicating the terminal voltage of the switching unit 230. As a result, the time required for hot insertion / removal of the power storage module 1010 is shortened.
- the module control unit 1040 may acquire the information acquired or generated by the protection unit 250 from the protection unit 250. For example, the module control unit 1040 receives from the protection unit 250 information indicating that the overcharge protection function is enabled, information indicating that the overcharge protection function is not enabled, and the overdischarge protection function enabled. Information that indicates that the over discharge protection function is not enabled is acquired. The module control unit 1040 may control the operation of the switching unit 230 based on the information acquired or generated by the protection unit 250. Accordingly, switching unit 230 can be appropriately controlled according to the state of power storage unit 210.
- the over-discharge protection function becomes effective.
- the over-discharge protection function is disabled.
- the overcharge protection function is enabled.
- the overcharge protection function is disabled.
- the module control unit 1040 may acquire the information acquired or generated by the system control unit 140 from the system control unit 140. For example, the module control unit 1040 acquires information indicating the battery characteristics of the power storage unit 210 from the system control unit 140. The module control unit 1040 may control the operation of the switching unit 230 based on the information acquired or generated by the system control unit 140. Accordingly, switching unit 230 can be appropriately controlled according to the state of power storage unit 210.
- the module control unit 1040 controls the operation of the switching unit 230 based on the state of charge of the power storage unit 210. In another embodiment, the module control unit 1040 controls the operation of the switching unit 230 based on the voltage between terminals of the switching unit 230. In still another embodiment, the module control unit 1040 controls the operation of the switching unit 230 based on the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210. The module control unit 1040 may control the operation of the switching unit 230 based on at least one of the magnitude and direction of the current.
- the module control unit 1040 controls the operation of the switching unit 230 based on (i) the voltage or SOC of the power storage unit 210 and (ii) the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210. .
- the module control unit 1040 controls the switching unit 230 based on (i) the voltage or SOC of the power storage unit 210, (ii) the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210, and (iii) the terminal voltage of the switching unit 230. The operation may be controlled.
- the module control unit 1040 controls the switching unit 230 so that the switching unit 230 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the battery characteristic of power storage unit 210 may be the voltage or SOC of power storage unit 210, which is an example of the battery characteristic of power storage unit 210.
- the predetermined condition may be a condition using a predetermined numerical range or threshold value, or may be a condition using a numerical range or threshold value calculated according to a predetermined procedure. Accordingly, for example, deterioration or damage of power storage unit 210 due to overcharge or overdischarge can be prevented.
- the predetermined condition may be a condition for protecting the power storage unit 210.
- the predetermined conditions include (i) a condition indicating that the voltage or SOC of the power storage unit 210 is within a specific numerical range, and (ii) a voltage or SOC of the power storage unit 210 that exceeds a specific threshold value.
- the condition indicating that the voltage or SOC of power storage unit 210 is within a specific numerical range is a condition indicating that at least one of the overvoltage protection function and the overdischarge protection function of power storage module 1010 is not enabled. It may be.
- the condition indicating that the voltage or SOC of power storage unit 210 is within a specific numerical range is a condition indicating that the overvoltage protection function and the overdischarge protection function of power storage module 1010 are not effective.
- the condition indicating that the voltage or SOC of power storage unit 210 is higher than or equal to or higher than a specific threshold is a condition indicating that the overdischarge protection function of power storage module 1010 is not effective.
- the condition indicating that the voltage or SOC of power storage unit 210 is lower than or equal to or lower than a specific threshold is a condition indicating that the overcharge protection function of power storage module 1010 is not enabled. Good.
- the module control unit 1040 controls the switching unit 230 to electrically connect the power storage unit 210 and the wiring 106 when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 satisfies a predetermined condition. , And controls the switching unit 230. More specifically, when the difference between the voltage of wiring 106 and the voltage of power storage unit 210 is relatively large, power storage unit 210 and wiring 106 are electrically disconnected. On the other hand, when the difference is relatively small, power storage unit 210 and wiring 106 are electrically connected. This allows for rapid active insertion and removal.
- the predetermined condition may be a condition for realizing rapid active insertion / removal.
- the predetermined conditions include (i) a condition that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is within a specific numerical range, and (ii) that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is greater than a specific threshold value.
- the power storage system 100 When the power storage system 100 is discharging in a state in which the power storage unit 210 of the power storage module 1010 is electrically connected to the wiring 106 of the power storage system 100, for example, the voltage of the power storage unit 210 or the SOC is over-discharge protected.
- the protection unit 250 transmits a signal for activating the overdischarge protection function to the module control unit 1040.
- the current is flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharging direction.
- the discharge direction may be an example of the first direction.
- the charging direction may be an example of the second direction. In this embodiment, the discharging direction and the charging direction are opposite to each other.
- the protection unit 250 sends a signal for activating the over-discharge protection function to the module control unit 1040. You may send it.
- the module control unit 1040 When the module control unit 1040 receives the above signal, it controls the switching unit 230 to electrically disconnect the wiring 106 and the power storage unit 210. If the power storage system 100 continues to discharge even after the wiring 106 and the power storage unit 210 are electrically disconnected, a voltage difference occurs between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the voltage difference is generated between the wiring 106 and the power storage unit 210 when charging of the power storage system 100 is started next time.
- the module control unit 1040 causes the inter-terminal voltage of the switching unit 230 to realize the rapid active insertion / removal. It is determined that the conditions for are not satisfied. As a result, charging of power storage system 100 proceeds with power storage unit 210 of power storage module 1010 and wiring 106 of power storage system 100 electrically disconnected.
- the module control unit 1040 causes the switching unit 230. Control is performed to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210. However, at this stage, the voltage or SOC of power storage unit 210 is smaller than the threshold value for overdischarge protection. Therefore, the interlock mechanism of the module control unit 1040 operates. As a result, the module control unit 1040 cannot control the switching unit 230 to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the module control unit 1040 In order for the module control unit 1040 to control the switching unit 230 and electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210, it is necessary to release the interlock by some logic.
- the method for releasing the above interlock is not particularly limited, but in the present embodiment, the module control unit 1040 performs the above operation based on the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 or information regarding the current. It is determined whether or not the interlock of (2) is released, and the operation of the switching unit 230 is controlled.
- the switching unit 230 includes the transistor 520 that adjusts or controls the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction.
- the transistor 520 a Si-MOSFET, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a SiC-MOSFET, a GaN-MOSFET and the like can be exemplified.
- transistor 520 is preferably a SiC-MOSFET.
- the maximum value of the rated voltage of the power storage unit 210 is 100 V or higher, preferably 200 V or higher, more preferably 300 V or higher, further preferably 500 V or higher, further preferably 800 V or higher, further preferably 1000 V
- the transistor 520 is used.
- SiC-MOSFETs are used.
- the advantage of the SiC-MOSFET having excellent withstand voltage characteristics and low loss can be fully exerted.
- the maximum value of the rated voltage of power storage unit 210 is 300 V or higher or 500 V or higher, the effect of using the SiC-MOSFET as transistor 520 can be remarkably exhibited.
- a parasitic diode is formed between the source and drain of the transistor 520.
- the parasitic diode allows a current flowing in the charging direction between the wiring 106 and the power storage unit 210 to pass therethrough.
- the parasitic diode suppresses a current from flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharging direction via the parasitic diode.
- the transistor 520 may be an example of the first current adjusting unit or the second current adjusting unit.
- the parasitic diode of the transistor 520 may be an example of the first bypass unit or the second bypass unit.
- the switching unit 230 may include a rectifier that has a function similar to that of the parasitic diode of the transistor 520 and has a function similar to that of the parasitic diode and that is connected between the wiring 106 and the power storage unit 210 in parallel with the transistor 520.
- Examples of the rectifier include (i) a rectifying element such as a diode, and (ii) a rectifying circuit including a plurality of elements.
- the switching unit 230 is arranged in parallel with (i) the transistor 520 that adjusts the current in the discharging direction and (ii) the transistor 520, and allows the current in the charging direction to pass therethrough, thereby discharging the current. And a parasitic diode that does not pass a current in the direction. Therefore, when charging of the power storage system 100 further progresses and the voltage of the wiring 106 becomes higher than the voltage of the positive terminal 212 of the power storage unit 210, the voltage between the wiring 106 and the power storage unit 210 is increased via the parasitic diode of the transistor 520. Current will flow in the charging direction.
- module control unit 1040 In order to prevent deterioration or damage of power storage unit 210 due to overdischarge, module control unit 1040 needs to prevent current from flowing in the discharging direction, but does not need to prevent current from flowing in the charging direction. . Therefore, according to the present embodiment, the module control unit 1040 monitors the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the module control unit 1040 detects a current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction. In another embodiment, the module control unit 1040 detects a current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 when the switching unit 230 electrically disconnects the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction. May be.
- the module control unit 1040 After the charging of the power storage system 100 is started, until the above-mentioned current is detected, the module control unit 1040 maintains an interlock for over-discharge protection. On the other hand, when the above current is detected, the module control unit 1040 releases the interlock for over-discharge protection.
- the module control unit 1040 controls the switching unit 230 to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the value of the on-resistance of the transistor 520 is smaller than the resistance value of the parasitic diode, so that according to the present embodiment, the charging / discharging efficiency of the power storage unit 210 is improved.
- the module control unit 1040 When the current is detected in a state where the voltage difference does not satisfy the condition for realizing the quick online insertion / removal, the module control unit 1040 at least causes the voltage difference to be rapidly inserted / extracted rapidly.
- the switching unit 230 may be controlled so that the switching unit 230 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210 until the condition for realizing the above is satisfied. It should be noted that while the above voltage difference satisfies the condition for realizing quick hot insertion and removal, the module control unit 1040 switches the switching unit 230 so as to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the unit 230 may be controlled.
- the module control unit 1040 may send a signal for resetting the overdischarge protection function to the protection unit 250.
- the protection unit 250 may control the switching unit 230 to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the protection unit 250 may send a signal for resetting the overdischarge protection function to the module control unit 1040. .
- the module control unit 1040 may control the switching unit 230 so that the switching unit 230 electrically connects the power storage unit 210 and the wiring 106.
- the module control unit 1040 electrically disconnects (i) the wiring 106 and the power storage unit 210, or (ii).
- the magnitude of the current that can flow in the discharge direction between the wiring 106 and the power storage unit 210 is reduced.
- the module control unit 1040 may, for example, (i) connect the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the amount of current that can be electrically connected or (ii) can flow between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction is increased.
- the module control unit 1040 adjusts the resistance value or the conduction ratio (may be referred to as a duty ratio) of the switching unit 230, so that the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction. Adjust or control the height.
- the module control unit 1040 adjusts a gate voltage (sometimes referred to as an input voltage) of the transistor 520.
- the module control unit 1040 controls the operation of an element arranged in a circuit for adjusting the input voltage of the transistor 520 to adjust the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction or You may control.
- the module control unit 1040 adjusts the base current (sometimes referred to as an input current) of the transistor 520.
- the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction can be adjusted or controlled.
- the module control unit 1040 controls the operation of an element arranged in a circuit for adjusting the input current of the transistor 520 to adjust the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction or You may control.
- the resistance value or the conduction ratio of the switching unit 230 may be the same or different between when the over-discharge protection function is enabled and when the over-discharge protection function is disabled. .
- the switching unit 230 has a switching element, the ON resistance of the switching element is the same when the overcharge protection function is enabled and when the overcharge protection function is disabled. Well, it may be different.
- the switching unit 230 has a variable resistor, the resistance value of the variable resistor is the same when the overcharge protection function is enabled and when the overcharge protection function is disabled. Well, it may be different.
- the module control unit 1040 controls the switching unit 230 so that the resistance value of the switching unit 230 becomes large when the over-discharge protection function is enabled, compared with when the over-discharge protection function is disabled. 230 may be controlled. When the over-discharge protection function is enabled, the module control unit 1040 performs switching so that the flow rate of the switching unit 230 becomes smaller than when the over-discharge protection function is disabled. The unit 230 may be controlled.
- the module control unit 1040 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210 to each other.
- the module control unit 1040 uses, as an example, an embodiment in which the module control unit 1040 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210 when it is decided to disconnect and (ii) disable the over-discharge protection function.
- the procedure for releasing the over-discharge protection interlock has been described. However, those skilled in the art who are familiar with the description of the present specification will (i) discharge the space between the wiring 106 and the power storage unit 210 by the module control unit 1040 when it is determined to enable the overdischarge protection function.
- the module control unit 1040 can flow between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction. It can be understood that the module control unit 1040 can release the interlock of the over-discharge protection in the same procedure as that of the present embodiment in another embodiment in which the magnitude of the current is increased.
- the series of operations for electrically disconnecting the wiring 106 and the power storage unit 210 by the module control unit 1040 is the same as the above-described other operations.
- the module control unit 1040 corresponds to a series of operations for reducing the current that can flow between the power storage unit 210 and the wiring 106.
- the series of operations for electrically connecting the wiring 106 and the power storage unit 210 by the module control unit 1040 are the same as those in the other embodiments described above.
- the module control unit 1040 corresponds to a series of operations for increasing the current that can flow between the power storage unit 210 and the wiring 106.
- the protection unit 250 sends a signal for activating the overcharge protection function to the module control unit 1040.
- the current is flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction.
- the charging direction may be an example of the first direction.
- the discharge direction may be an example of the second direction.
- the discharging direction and the charging direction are opposite to each other.
- the protection unit 250 sends a signal for activating the overcharge protection function to the module control unit 1040 when the voltage or SOC of the power storage unit 210 is equal to or higher than a threshold value for overdischarge protection. You may send it.
- the module control unit 1040 When the module control unit 1040 receives the above signal, it controls the switching unit 230 to electrically disconnect the wiring 106 and the power storage unit 210. If the power storage system 100 continues to be charged even after the wiring 106 and the power storage unit 210 are electrically disconnected, a voltage difference is generated between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the voltage difference is generated between the wiring 106 and the power storage unit 210 when the power storage system 100 is next discharged.
- the module control unit 1040 causes the inter-terminal voltage of the switching unit 230 to realize the rapid active insertion / removal. It is determined that the conditions for are not satisfied. As a result, discharging of power storage system 100 proceeds with power storage unit 210 of power storage module 1010 and wiring 106 of power storage system 100 electrically disconnected.
- the module control unit 1040 causes the switching unit 230. Control is performed to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210. However, at this stage, the voltage or SOC of power storage unit 210 is higher than the threshold value for overcharge protection. Therefore, the interlock mechanism of the module control unit 1040 operates. As a result, the module control unit 1040 cannot control the switching unit 230 to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the module control unit 1040 In order for the module control unit 1040 to control the switching unit 230 and electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210, it is necessary to release the interlock by some logic.
- the method for releasing the above interlock is not particularly limited, but in the present embodiment, the module control unit 1040 performs the above operation based on the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 or information regarding the current. It is determined whether or not the interlock of (2) is released, and the operation of the switching unit 230 is controlled.
- the switching unit 230 includes the transistor 510 that adjusts or controls the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction.
- the transistor 510 include a Si-MOSFET, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a SiC-MOSFET, and a GaN-MOSFET.
- transistor 510 is preferably a SiC-MOSFET.
- the maximum value of the rated voltage of the power storage unit 210 is 100 V or higher, preferably 200 V or higher, more preferably 300 V or higher, even more preferably 500 V or higher, even more preferably 800 V or higher, even more preferably 1000 V
- the transistor 510 is used.
- SiC-MOSFETs are used.
- the advantage of the SiC-MOSFET having excellent withstand voltage characteristics and low loss can be fully exerted.
- the maximum value of the rated voltage of power storage unit 210 is 300 V or higher or 500 V or higher, the effect of using the SiC-MOSFET as transistor 510 can be remarkably exhibited.
- a parasitic diode is formed between the source and drain of the transistor 510.
- the parasitic diode allows a current flowing in the discharge direction between the wiring 106 and the power storage unit 210 to pass therethrough.
- the parasitic diode suppresses a current from flowing in the charging direction between the wiring 106 and the power storage unit 210 via the parasitic diode.
- the transistor 510 may be an example of the first current adjusting unit or the second current adjusting unit.
- the parasitic diode of the transistor 510 may be an example of the first bypass unit or the second bypass unit.
- the switching unit 230 may include a rectifier that has a function similar to that of the parasitic diode of the transistor 510 and that is connected between the wiring 106 and the power storage unit 210 in parallel with the transistor 510, in addition to the parasitic diode of the transistor 510.
- Examples of the rectifier include (i) a rectifying element such as a diode, and (ii) a rectifying circuit including a plurality of elements.
- the switching unit 230 is arranged in parallel with (i) the transistor 510 that adjusts the current in the charging direction and (ii) the transistor 510, and allows the current in the discharging direction to pass therethrough to perform charging. And a parasitic diode that does not pass a current in the direction. Therefore, when the discharge of the power storage system 100 further progresses and the voltage of the wiring 106 becomes lower than the voltage of the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210, the voltage between the wiring 106 and the power storage unit 210 is increased via the parasitic diode of the transistor 510. A current will flow in the discharge direction.
- module control unit 1040 In order to prevent deterioration or damage of power storage unit 210 due to overcharge, module control unit 1040 needs to prevent current from flowing in the charging direction, but does not need to prevent current from flowing in the discharging direction. . Therefore, according to the present embodiment, the module control unit 1040 monitors the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the module control unit 1040 detects a current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharging direction. In another embodiment, the module control unit 1040 detects a current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 when the switching unit 230 electrically disconnects the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction. May be.
- the module control unit 1040 maintains an interlock for overcharge protection until the above current is detected after the electric storage system 100 starts discharging. On the other hand, when the above current is detected, the module control unit 1040 releases the interlock for overcharge protection.
- the module control unit 1040 controls the switching unit 230 to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the value of the on-resistance of the transistor 510 is smaller than the resistance value of the parasitic diode, and according to this embodiment, the charging / discharging efficiency of the power storage unit 210 is improved.
- the module control unit 1040 When the current is detected in a state where the voltage difference does not satisfy the condition for realizing the quick online insertion / removal, the module control unit 1040 at least causes the voltage difference to be rapidly inserted / extracted rapidly.
- the switching unit 230 may be controlled so that the switching unit 230 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210 until the condition for realizing the above is satisfied. It should be noted that while the above voltage difference satisfies the condition for realizing quick hot insertion and removal, the module control unit 1040 switches the switching unit 230 so as to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the unit 230 may be controlled.
- the module control unit 1040 may send a signal for resetting the overcharge protection function to the protection unit 250. Then, when the protection unit 250 receives the signal for resetting the overcharge protection function, the protection unit 250 may control the switching unit 230 to electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the protection unit 250 may send a signal for resetting the overcharge protection function to the module control unit 1040. Upon receiving the signal for resetting the overcharge protection function, the module control unit 1040 may control the switching unit 230 so that the switching unit 230 electrically connects the power storage unit 210 and the wiring 106.
- the module control unit 1040 when it is determined to enable the overcharge protection function, the module control unit 1040 electrically disconnects the wiring 106 and the power storage unit 210, for example (i), or (ii) The amount of current that can flow between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction is reduced. As a result, when the overcharge protection function is enabled, the magnitude of the current that can flow in the charging direction is smaller than when the overcharge protection function is disabled.
- the module control unit 1040 when it is determined to release the interlock of the overcharge protection (may be referred to as disabling the overcharge protection function), the module control unit 1040 may, for example, (i) connect the wiring 106 and the power storage unit 210 to each other. The amount of current that can be electrically connected or (ii) can flow between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction is increased.
- the module control unit 1040 adjusts the resistance value or the conduction ratio (which may be referred to as a duty ratio) of the switching unit 230 so that the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction. Adjust or control the height.
- the module control unit 1040 adjusts a gate voltage (sometimes referred to as an input voltage) of the transistor 510.
- the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction can be adjusted or controlled.
- the module control unit 1040 adjusts the magnitude of the current flowing in the charging direction between the wiring 106 and the power storage unit 210 by controlling the operation of the element arranged in the circuit for adjusting the input voltage of the transistor 510. You may control.
- the module control unit 1040 adjusts the base current (which may be referred to as an input current) of the transistor 510.
- the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction can be adjusted or controlled.
- the module control unit 1040 adjusts the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction by controlling the operation of the element arranged in the circuit for adjusting the input current of the transistor 510. You may control.
- the resistance value or the conduction ratio of the switching unit 230 may be the same or different between when the overcharge protection function is enabled and when the overcharge protection function is disabled. .
- the switching unit 230 includes a switching element, the on-resistance of the switching element is the same even when the overcharge protection function is enabled and when the overcharge protection function is disabled. Well, it may be different.
- the switching unit 230 has a variable resistor, the resistance value of the variable resistor is the same when the overcharge protection function is enabled and when the overcharge protection function is disabled. Well, it may be different.
- the module control unit 1040 controls the switching unit 230 so that the resistance value of the switching unit 230 becomes large when the overcharge protection function is enabled, compared to when the overcharge protection function is disabled. 230 may be controlled.
- the overcharge protection function is enabled, the module control unit 1040 performs switching so that the flow rate of the switching unit 230 becomes smaller than when the overcharge protection function is disabled.
- the unit 230 may be controlled.
- the module control unit 1040 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210 when (i) it is determined to enable the overcharge protection function.
- the module control unit 1040 electrically disconnects and (ii) disables the overcharge protection function is determined, the module control unit 1040 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the procedure for releasing the overcharge protection interlock has been described. However, those skilled in the art who are familiar with the description of the present specification will (i) charge the space between the wiring 106 and the power storage unit 210 by the module control unit 1040 when it is determined to enable the overcharge protection function.
- the module control unit 1040 can flow between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction. It can be understood that the module control unit 1040 can release the interlock of the overcharge protection by the same procedure as that of the present embodiment in another embodiment in which the magnitude of the current is increased.
- the series of operations for electrically disconnecting the wiring 106 and the power storage unit 210 by the module control unit 1040 is the same as the above-described other operations.
- the module control unit 1040 corresponds to a series of operations for reducing the current that can flow between the power storage unit 210 and the wiring 106.
- the series of operations for electrically connecting the wiring 106 and the power storage unit 210 by the module control unit 1040 are the same as those in the other embodiments described above.
- the module control unit 1040 corresponds to a series of operations for increasing the current that can flow between the power storage unit 210 and the wiring 106.
- the module control unit 1040 can achieve both the hot insertion / removal function and the protection function of the power storage unit 210 without significantly reducing the charge / discharge efficiency of the power storage module 1010. it can.
- the power storage module that constitutes a part of the power source of a small-scale system such as a home electric appliance has a small number of power storage cells connected in series and its rated voltage is 3.5 to It is about 4.5V. Therefore, when installing the power storage module in the power supply or removing the power storage module from the power supply while the system is operating, the voltage of the power storage module to be hot-plugged and unplugged and the other power storage modules of the power supply It may be required to tightly control the voltage and. Depending on the specifications of the power storage module, the allowable value of the voltage difference between the power storage module to be hot-plugged and unplugged and the other power storage modules constituting the power supply may be managed to be less than 1V.
- the size of power storage modules has been increasing.
- a power storage module having a rated voltage of about 300 to 400 V is used.
- a power storage module having a rated voltage of about 500 to 800 V has come to be used.
- the allowable value of the voltage difference between the power storage module that is the target of hot insertion and removal and the other power storage modules that form the power supply also increases. For example, even if the voltage difference between one power storage module that constitutes a power supply and another power storage module that constitutes the power supply exceeds 1 V, the one power storage module may be able to be hot-plugged in and out. .
- the power storage module to be hot-swapped and the power source must be configured.
- the voltage difference from the power storage module may be 30 V or less, 10 V or less, 5 V or less, 3 V or less, 2 V or less, 1 V. It may be the following.
- the voltage difference between the power storage module that is the target of hot insertion and removal and the other power storage modules that form the power supply may be 1/5 or less, and 1/10 or less of the rated voltage of the power storage module that is the target of hot insertion and removal. 1/20 or less, 1/30 or less, 1/50 or less, 1/100 or less, 1/200 or less, 1 It may be / 300 or less, 1/500 or less, and 1/1000 or less.
- the current detection element 1020 and the switching unit 230 are arranged between the positive electrode terminal 112 of the power storage module 1010 and the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210, and the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210 is switched to the switching unit 230.
- the case where the wiring 106 is electrically connected to the wiring 106 has been described.
- the arrangement of the current detection element 1020 and the switching unit 230 is not limited to this embodiment.
- the current detection element 1020 and the switching unit 230 are disposed between the negative electrode terminal 114 of the power storage module 1010 and the negative electrode terminal 214 of the power storage unit 210, and the negative electrode terminal 214 of the power storage unit 210 is the switching unit. It is electrically connected to the wiring 106 via 230.
- FIG. 11 schematically shows an example of the system configuration of the module control unit 1040.
- the module control unit 1040 includes a determination unit 310, a reception unit 320, and a signal generation unit 330.
- the module control unit 1040 may include a module information acquisition unit 340, a module information storage unit 350, and a module information transmission unit 360.
- the module control unit 1040 includes a current monitoring unit 1120.
- the current monitoring unit 1120 has a current detecting unit 1122 and a direction determining unit 1124.
- the signal generator 330 may be an example of the operation controller.
- the module control unit 1040 differs from the module control unit 240 in that it includes a current monitoring unit 1120. Regarding the configuration other than the above difference, the module control unit 1040 may have the same characteristics as the corresponding configuration of the module control unit 240.
- the current monitoring unit 1120 monitors the current flowing between the wiring 106 of the power storage system 100 and the power storage unit 210 of the power storage module 1010. For example, the current monitoring unit 1120 monitors the current flowing between the positive electrode terminal 112 and the positive electrode terminal 212 of the power storage module 1010.
- the current detection unit 1122 detects a current flowing between the wiring 106 of the power storage system 100 and the power storage unit 210 of the power storage module 1010.
- the current detector 1122 may determine the magnitude of the above current.
- the current detection unit 1122 may be configured by any analog circuit or any digital circuit.
- the direction determining unit 1124 determines the direction of the current flowing between the wiring 106 of the power storage system 100 and the power storage unit 210 of the power storage module 1010.
- the direction determining unit 1124 may be configured by any analog circuit or any digital circuit.
- FIG. 12 schematically shows an example of the circuit configuration of the module control unit 1040.
- FIG. 12 schematically shows an example of the circuit configuration of the switching unit 230.
- FIG. 12 illustrates an example of the switching unit 230 and an example of the module control unit 1040 together with the positive electrode terminal 112, the negative electrode terminal 114, the power storage unit 210, the protection unit 250, and the current detection element 1020.
- the transistor 510 has one end electrically connected to the wiring 106 and the other end electrically connected to the power storage unit 210.
- the transistor 510 is connected in series with the transistor 520 and the parasitic diode 844 between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the transistor 510 adjusts the amount of current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction.
- the transistor 520 has one end electrically connected to the wiring 106 and the other end electrically connected to the power storage unit 210.
- the transistor 520 is connected in series with the transistor 510 and the parasitic diode 842 between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the transistor 520 adjusts the magnitude of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction.
- the parasitic diode 842 has one end electrically connected to the wiring 106 and the other end electrically connected to the power storage unit 210.
- the parasitic diode 842 is connected in parallel with the transistor 510 between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the parasitic diode 842 is connected in series with the transistor 520 and the parasitic diode 844 between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the parasitic diode 842 passes the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharging direction. On the other hand, the parasitic diode 842 suppresses a current from flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction via the parasitic diode 842.
- the parasitic diode 844 has one end electrically connected to the wiring 106 and the other end electrically connected to the power storage unit 210.
- the parasitic diode 844 is connected in parallel with the transistor 520 between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the parasitic diode 844 is connected in series with the transistor 510 and the parasitic diode 842 between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the parasitic diode 842 passes a current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction.
- the parasitic diode 844 suppresses a current from flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharging direction via the parasitic diode 844.
- the transistor 510 may be an example of one of the first current adjusting unit and the second current adjusting unit.
- the transistor 520 may be an example of the other of the first current adjusting unit and the second current adjusting unit.
- the parasitic diode 842 may be an example of one of the first bypass section and the second bypass section.
- the parasitic diode 844 may be an example of the other of the first bypass section and the second bypass section.
- the discharge direction may be one example of the first direction and the second direction.
- the charging direction may be an example of the other of the first direction and the second direction.
- the module control unit 1040 includes a determination unit 310, a signal generation unit 330, and a current monitoring unit 1120.
- the determination unit 310 may be an example of the first determination unit, the second determination unit, and the third determination unit.
- the signal generation unit 330 includes an OR circuit 1260, an AND circuit 1272, an AND circuit 1274, an OR circuit 1282, and an OR circuit 1284. Further, in the present embodiment, a resistor having an appropriate resistance value is arranged as the current detection element 1020 between the positive electrode terminal 112 and the switching unit 230. The resistance value of the current detection element 1020 is determined, for example, so that the current monitoring unit 1120 can reliably determine the direction of the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the determination unit 310 determines whether the terminal voltage of the switching unit 230 is within a predetermined range.
- the determination unit 310 transmits a signal indicating the determination result to the signal generation unit 330.
- the determination unit 310 may be configured by any analog circuit or any digital circuit.
- the determination unit 310 may include a window comparator.
- the window comparator can be realized by using, for example, two comparators.
- the determination unit 310 has two input terminals.
- the voltage at one end of the switching unit 230 (for example, the end on the positive electrode terminal 112 side) is input to one input terminal (indicated as a ⁇ terminal in the figure) of the determination unit 310.
- the voltage of the other end (for example, the end on the power storage unit 210 side) of the switching unit 230 is input to the other input terminal (indicated as a + terminal in the drawing) of the determination unit 310.
- the determination unit 310 has two output terminals.
- the determination unit 310 outputs, as a signal indicating the determination result, a signal indicating that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is smaller than the first threshold value from one output terminal (indicated as an L terminal in the drawing). .
- the determination unit 310 outputs the H logic from the L terminal.
- the determination unit 310 outputs the L logic from the L terminal.
- the determination unit 310 outputs a signal indicating that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is larger than the second threshold value from the other output terminal (indicated as an H terminal in the drawing) as a signal indicating the determination result. Output.
- a value larger than the absolute value of the first threshold is set as the absolute value of the second threshold. For example, when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is higher than the second threshold value, the determination unit 310 outputs the H logic from the H terminal. On the other hand, when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is less than or equal to the second threshold value, the determination unit 310 outputs the L logic from the H terminal.
- the determination unit 310 can determine whether the voltage or SOC of the power storage unit 210 meets the first condition, for example.
- the first condition is (i) a condition indicating that the voltage or SOC of the power storage unit is out of a predetermined first numerical range, or (ii) a first voltage or SOC of the power storage unit is predetermined. Examples thereof include a condition indicating that the voltage is higher than the threshold, and (iii) a condition indicating that the voltage or SOC of the power storage unit is equal to or higher than the first threshold.
- the first condition is, for example, a condition indicating that power storage unit 210 is overcharged.
- the determination unit 310 can determine whether or not the voltage or SOC of the power storage unit 210 meets the second condition, for example.
- the second condition is (i) a condition indicating that the voltage or SOC of the power storage unit is out of a predetermined second numerical range, or (ii) a second voltage or SOC of the power storage unit is predetermined. Examples thereof include a condition indicating that it is smaller than the threshold value, and (iii) a condition indicating that the voltage or SOC of the power storage unit is the second threshold value or less.
- the second condition may be different from the first condition.
- the second condition is, for example, a condition indicating that power storage unit 210 is over-discharged.
- the determination unit 310 can determine whether or not the inter-terminal voltage of the switching unit 230 matches the third condition, for example.
- the third condition is (i) a condition that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is within a predetermined third numerical range, and (ii) a inter-terminal voltage of the switching unit 230 is predetermined.
- the condition indicating that the voltage is smaller than the third threshold, (iii) the condition indicating that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is equal to or lower than the third threshold, and the like can be illustrated.
- the determination unit 310 can determine whether the terminal voltage of the switching unit 230 meets the fourth condition, for example.
- the fourth condition (i) a condition indicating that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is outside the predetermined fourth numerical range, and (ii) the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is predetermined.
- the condition indicating that the voltage is larger than the fourth threshold, (iii) the condition that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is equal to or higher than the fourth threshold, and the like can be illustrated.
- the fourth numerical range may be the same as the third numerical range.
- the upper limit of the fourth numerical range may be larger than the upper limit of the third numerical range.
- the fourth threshold may be the same as the third threshold.
- the fourth threshold may be greater than the third threshold.
- the current monitoring unit 1120 may include a comparator.
- the current monitoring unit 1120 has, for example, two input terminals and one output terminal.
- the voltage at one end (for example, the end portion on the positive electrode terminal 112 side) of the current detection element 1020 is input to one input terminal (indicated as a + terminal in the figure) of the current monitoring unit 1120.
- the voltage of the other end (for example, the end on the switching unit 230 side) of the current detection element 1020 is input to the other input terminal (indicated as a ⁇ terminal in the figure) of the current monitoring unit 1120.
- the current monitoring unit 1120 when the voltage input to the + terminal is higher than the voltage input to the ⁇ terminal, the current monitoring unit 1120 outputs the H logic from the output terminal. On the other hand, when the voltage input to the + terminal is smaller than the voltage input to the ⁇ terminal, the current monitoring unit 1120 outputs the L logic from the output terminal. Further, when the voltage input to the + terminal and the voltage input to the ⁇ terminal are equal to each other, or when it can be considered that they are equal, the current monitoring unit 1120 does not output a signal from the output terminal.
- the current monitoring unit 1120 monitors the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 when at least one of the transistor 510 and the transistor 520 electrically disconnects the wiring 106 and the power storage unit 210. To detect. In one embodiment, the current monitoring unit 1120 detects a current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharging direction when the overcharge protection function is enabled. In another embodiment, the current monitoring unit 1120 detects a current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction when the overdischarge protection function is enabled.
- the signal generator 330 may also have the function of the receiver 320.
- the signal generator 330 receives the signal 86 for enabling the overdischarge protection function from the protector 250.
- the signal generation unit 330 receives the signal 88 for enabling the overcharge protection function from the protection unit 250.
- the signal generation unit 330 receives information about the voltage between terminals of the switching unit 230 from the determination unit 310.
- the signal generation unit 330 receives information about the current between the wiring 106 and the power storage unit 210 from the current monitoring unit 1120.
- the signal generation unit 330 controls the operation of at least one of the transistor 510 and the transistor 520 based on (i) the voltage or SOC of the power storage unit 210 and (ii) the detection result of the current monitoring unit 1120. can do.
- the signal generation unit 330 based on (i) the voltage or SOC of the power storage unit 210, (ii) the detection result of the current monitoring unit 1120, and (iii) the determination result of the determination unit 310, the transistor 510 and the transistor 520.
- the operation of at least one of the above can be controlled.
- the signal generation unit 330 outputs a signal for controlling the operation of at least one of the transistor 510 and the transistor 520 to a transistor that is a control target of the signal, thereby controlling at least one of the transistor 510 and the transistor 520. Good.
- the signal generation unit 330 causes the wiring 106 and the power storage to be provided to at least one of the transistor 510 and the transistor 520.
- a signal for performing an operation of electrically disconnecting the portion 210 or an operation of reducing a current flowing between the wiring 106 and the power storage portion 210 may be output. Accordingly, determination unit 310 can also be used as an overcurrent protection function for power storage unit 210.
- the OR circuit 1260 has two input terminals and one output terminal.
- the output from the H terminal of the determination unit 310 is input to one input terminal of the OR circuit 1260.
- the output from the L terminal of the determination unit 310 is input to the other input terminal of the OR circuit 1260.
- the OR circuit 1260 outputs a logical sum of two inputs. For example, when the voltage between the terminals of the switching unit 230 falls within a specific numerical range, the OR circuit 1260 outputs L logic. On the other hand, when the voltage between the terminals of the switching unit 230 is out of the specific numerical range, the OR circuit 1260 outputs the H logic. For example, as an example of the case where the switching unit 230 meets the above-described fourth condition, when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 is higher than a specific value, the H logic of the determination unit 310 is output. In this case, the OR circuit 1260 outputs H logic.
- the AND circuit 1272 has two input terminals and one output terminal. A signal obtained by inverting the output of the OR circuit 1260 is input to one input terminal of the AND circuit 1272. A signal obtained by inverting the signal 88 for activating the overcharge protection function is input to the other input terminal of the AND circuit 1272.
- AND circuit 1272 outputs a logical product of two inputs. For example, when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 falls within a specific numerical range (specifically, when the absolute value of the difference between the voltage of the wiring 106 and the voltage of the power storage unit 210 is smaller than a specific threshold value or When the voltage or SOC of the power storage unit 210 is smaller than the threshold for overcharge protection, the AND circuit 1272 outputs the H logic. On the other hand, in cases other than the above, the AND circuit 1272 outputs L logic.
- the AND circuit 1274 has two input terminals and one output terminal. A signal obtained by inverting the output of the OR circuit 1260 is input to one input terminal of the AND circuit 1274. A signal obtained by inverting the signal 86 for activating the overdischarge protection function is input to the other input terminal of the AND circuit 1274.
- AND circuit 1274 outputs a logical product of two inputs. For example, when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 falls within a specific numerical range (specifically, when the absolute value of the difference between the voltage of the wiring 106 and the voltage of the power storage unit 210 is smaller than a specific threshold value or When the voltage or SOC of the power storage unit 210 is higher than the threshold value for overdischarge protection, the AND circuit 1274 outputs the H logic. On the other hand, in cases other than the above, the AND circuit 1274 outputs L logic.
- the OR circuit 1282 has two input terminals and one output terminal. A signal obtained by inverting the output of the current monitoring unit 1120 is input to one input terminal of the OR circuit 1282. The output of the AND circuit 1272 is input to the other input terminal of the OR circuit 1282.
- the OR circuit 1282 outputs a logical sum of two inputs. For example, when the output of the OR circuit 1282 is H logic, the transistor 510 is on, and when the output of the OR circuit 1282 is L logic, the transistor 510 is off. In one embodiment, the OR circuit 1282 outputs H logic when current flows in the discharge direction between the wiring 106 and the power storage unit 210. In another embodiment, when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 falls within a specific numerical range and when the voltage or SOC of the power storage unit 210 is smaller than the threshold value for overcharge protection, the OR circuit 1282. Outputs H logic.
- the OR circuit 1284 has two input terminals and one output terminal.
- the output of the current monitoring unit 1120 is input to one input terminal of the OR circuit 1284.
- the output of the AND circuit 1274 is input to the other input terminal of the OR circuit 1284.
- the OR circuit 1284 outputs a logical sum of two inputs. For example, when the output of the OR circuit 1284 is H logic, the transistor 520 is on, and when the output of the OR circuit 1284 is L logic, the transistor 520 is off. In one embodiment, when current flows in the charging direction between the wiring 106 and the power storage unit 210, the OR circuit 1284 outputs H logic. In another embodiment, when the inter-terminal voltage of the switching unit 230 falls within a specific numerical range and when the voltage or SOC of the power storage unit 210 is smaller than the threshold value for overcharge protection, the OR circuit 1284. Outputs H logic.
- the signal generation unit 330 may cause the transistor 510 to be electrically connected to the wiring 106 and the power storage unit 210, for example. And a signal for executing an operation of reducing the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction. Note that the signal generation unit 330 may output a signal to the transistor 520 depending on the content of the first condition.
- the signal generation unit 330 when the determination unit 310 determines that the voltage or SOC of the power storage unit 210 meets the second condition, the signal generation unit 330 causes, for example, the transistor 520 to connect the wiring 106 and the power storage unit 210. A signal for performing an operation of electrically disconnecting or an operation of reducing the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharge direction is output. Note that the signal generation unit 330 may output a signal to the transistor 510 depending on the content of the second condition.
- the signal generation unit 330 when the determination unit 310 determines that the inter-terminal voltage of the switching unit 230 matches the third condition, the signal generation unit 330 causes the voltage or SOC of the power storage unit 210 to meet the first condition and the third condition. Regardless of whether or not the second condition is met, the operation of electrically connecting the wiring 510 and the power storage unit 210 to the transistor 510 and the transistor 520, or increasing the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 It outputs a signal to execute the operation.
- the signal generation unit 330 may output a signal according to the detection result of the current monitoring unit 1120. For example, the signal generator 330 outputs a signal as described below.
- the current monitoring unit 1120 activates the (i) overcharge protection function. Current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the discharging direction while (ii) between the wiring 106 and the power storage unit 210 when the transistor 510 electrically disconnects the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the signal generation unit 330 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210 to the transistor 510 regardless of whether the voltage or the SOC of the power storage unit 210 matches the first condition, or A signal for performing an operation of increasing the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 is output.
- the current monitoring unit 1120 determines (i) the over-discharge protection function is enabled. Current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 in the charging direction during charging, or (ii) between the wiring 106 and the power storage unit 210 when the transistor 520 electrically disconnects the wiring 106 and the power storage unit 210.
- the signal generation unit 330 electrically connects the wiring 106 and the power storage unit 210 to the transistor 520 regardless of whether the voltage or SOC of the power storage unit 210 meets the second condition, or A signal for performing an operation of increasing the current flowing between the wiring 106 and the power storage unit 210 is output.
- the module control unit 1040 can suppress deterioration or damage of the power storage unit 210 due to overcurrent.
- the OR circuit 1260 outputs the H logic.
- the L logic is output from the OR circuit 1282. Is output. As a result, the transistor 510 is turned off.
- the OR circuit 1284 outputs the L logic signal. Is output. As a result, the transistor 520 is turned off.
- the present embodiment it is possible to suppress the steady flow of current in the parasitic diode 842 and the parasitic diode 844.
- the voltage between the terminals of the switching unit 230 is proportional to the current flowing through the transistors 510 and 520. Therefore, by appropriately setting the resistance value of the current detection element 1020 or by connecting a resistor having an appropriate resistance value between the wiring 106 and the power storage unit 210 in series with the current detection element 1020, the determination can be made.
- the unit 310 and the signal generation unit 330 can be used as an overcurrent protection circuit.
- FIG. 13 schematically shows an example of the circuit configuration of the module control unit 1040.
- the module control unit 1040 disclosed in FIG. 13 is different from the module control unit 1040 described with reference to FIG. 12 in that a resistor 1310 is provided between the current detection elements 1020 and 120.
- the module control unit 1040 disclosed in FIG. 13 may have the same features as the corresponding configuration of the module control unit 1040 described with reference to FIG.
- the determination unit 310 and the signal generation unit 330 can be used as an overcurrent protection circuit by appropriately setting the resistance value of the resistor 1310.
- the resistance value of the resistor 1310 is determined, for example, so that the determination unit 310 can reliably determine whether or not the load current value falls within a predetermined numerical range.
- the resistor 1310 may be used as a current detection element instead of the current detection element 1020. In this case, the power storage module 1010 does not have to include the current detection element 1020.
- FIG. 14 schematically shows an example of the system configuration of the power storage module 1410.
- the power storage module 1410 includes a voltage adjustment unit 1430, and the module control unit 1040 controls the operation of the voltage adjustment unit 1430, which is a difference from the power storage module 1010.
- the power storage module 1410 may have the same characteristics as the corresponding configuration of the power storage module 1010.
- the voltage adjustment unit 1430 may be an example of the first switching element and the second switching element.
- FIG. 15 schematically shows an example of the circuit configuration of the voltage adjustment unit 1430.
- FIG. 15 also schematically shows an example of the circuit configuration of the module control unit 1040 of the power storage module 1410.
- the voltage adjustment unit 1430 includes a transistor 1522 and a resistor 1524.
- the voltage adjusting unit 1430 includes a transistor 1542 and a resistor 1544.
- the transistor 1522 may be an example of the first switching element.
- the transistor 1542 may be an example of the second switching element.
- the module control unit 1040 of the power storage module 1410 differs from the module control unit 1040 of the power storage module 1010 in that the signal generation unit 330 (not shown) includes an AND circuit 1552 and an AND circuit 1554. .
- the module control unit 1040 of the power storage module 1410 may have the same characteristics as the corresponding configuration of the module control unit 1040 of the power storage module 1010.
- the transistor 1522 is connected in parallel with the switching unit 230 between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- one end of the transistor 1522 is electrically connected to one end of the switching unit 230.
- One end of the transistor 1522 may be electrically connected to the wiring 106 through the positive electrode terminal 112.
- the other end of the transistor 1522 is electrically connected to the other end of the switching unit 230.
- the other end of the transistor 1522 may be electrically connected to the power storage unit 210.
- the electricity storage module can be easily inserted and removed.
- the power storage system 100 is an infrequently used device such as an emergency power supply
- the replaced power storage module is replaced by the power storage system 100. It may take some time before it is electrically connected to the wiring 106.
- the transistor 1522 can electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210 of the power storage module 1410 at any timing.
- the resistor 1524 determines the magnitude of the current flowing in the transistor 1522 when the transistor 1522 is turned on.
- the resistance value of the resistor 1524 is determined so that an excessive current does not flow to the transistor 1522 when the transistor 1522 is turned on.
- the resistance value of the resistor 1524 is the resistance value of the path electrically connecting the wiring 106 and the power storage unit 210 via the transistor 1522, and the resistance value of the path 106 and the power storage unit 210 is electrically connected via the switching unit 230. It is determined to be larger than the resistance value of the path connected to.
- the resistance value of the resistor 1524 is based on “the time required to charge the power storage unit 210 from the first SOC to the second SOC at a specific charging voltage when the transistor 1522 is turned on”, May be decided.
- the first SOC is 25% and the second SOC is 75%.
- the first SOC may be 20% and the second SOC may be 80%.
- the first SOC may be 10% and the second SOC may be 90%.
- the first SOC may be 0% and the second SOC may be 100%. Examples of the above time include 12 hours, 18 hours, 24 hours, 36 hours, 48 hours, 72 hours, 1 week, 10 days, 15 days, 1 month, 2 months, 3 months and 6 months. it can.
- the transistor 1542 has one end electrically connected to the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210 and the other end electrically connected to the negative electrode terminal 214 of the power storage unit 210 or the reference potential. Accordingly, power storage unit 210 can be discharged at any timing. As a result, the transistor 1542 can adjust the difference between the voltage of the wiring 106 and the voltage of the power storage unit 210 of the power storage module 1410 at any timing. For example, even if the power storage system 100 is a device that is rarely used, the power storage module 1410 can electrically connect the wiring 106 and the power storage unit 210 of the power storage module 1410 at an arbitrary timing.
- the resistor 1544 determines the magnitude of the current flowing through the transistor 1542 when the transistor 1542 is turned on.
- the resistance value of the resistor 1544 is determined so that an excessive current does not flow to the transistor 1542 when the transistor 1542 is turned on.
- the resistance value of the resistor 1544 is the resistance value of the path electrically connecting one end and the other end of the power storage unit 210 via the transistor 1542, and the resistance value of the wiring 106 and the power storage unit 210 via the switching unit 230. It is determined to be larger than the resistance value of the electrically connected path.
- the resistance value of the resistor 1544 may be determined based on “the time required to discharge the power storage unit 210 from the first SOC to the second SOC when the transistor 1542 is turned on”.
- the first SOC is 75% and the second SOC is 25%.
- the first SOC may be 80% and the second SOC may be 20%.
- the first SOC may be 90% and the second SOC may be 10%.
- the first SOC may be 100% and the second SOC may be 0%. Examples of the above time include 12 hours, 18 hours, 24 hours, 36 hours, 48 hours, 72 hours, 1 week, 10 days, 15 days, 1 month, 2 months, 3 months and 6 months. it can.
- the AND circuit 1552 has two input terminals and one output terminal. A signal obtained by inverting the signal 88 for activating the overcharge protection function is input to one input terminal of the AND circuit 1552. The output from the L terminal of the determination unit 310 is input to the other input terminal of the AND circuit 1552. The AND circuit 1552 outputs a logical product of two inputs. The signal 92 output from the AND circuit 1552 is input to the input terminal of the transistor 1522.
- the AND circuit 1554 has two input terminals and one output terminal.
- a signal obtained by inverting the signal 86 for activating the overdischarge protection function is input to one input terminal of the AND circuit 1554.
- the output from the H terminal of the determination unit 310 is input to the other input terminal of the AND circuit 1554.
- the AND circuit 1554 outputs a logical product of two inputs.
- the signal 94 output from the AND circuit 1554 is input to the input terminal of the transistor 1522.
- the module control unit 1040 for example, based on (i) the voltage or SOC of the power storage unit 210, (ii) the voltage of the wiring 106, and (iii) the voltage of the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210, the transistor 1522. Can be controlled.
- the module control unit 1040 detects the voltage of the transistor 1542 based on (i) the voltage or SOC of the power storage unit 210, (ii) the voltage of the wiring 106, and (iii) the voltage of the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210. The operation can be controlled.
- FIG. 16 schematically shows an example of the voltage adjustment unit 1430.
- the voltage adjusting unit 1430 disclosed in FIG. 16 is different from the voltage adjusting unit 1430 described with reference to FIG. 15 in that it has a bidirectional DC-DC converter 1630 instead of the transistor 1522 and the resistor 1544.
- the voltage adjusting unit 1430 disclosed in FIG. 16 may have the same features as the corresponding configuration of the voltage adjusting unit 1430 described with reference to FIG.
- the bidirectional DC-DC converter 1630 is connected in parallel with the switching unit 230 between the wiring 106 and the power storage unit 210.
- one end of the bidirectional DC-DC converter 1630 is electrically connected to one end of the switching unit 230.
- One end of the bidirectional DC-DC converter 1630 may be electrically connected to the wiring 106 via the positive electrode terminal 112.
- the other end of the bidirectional DC-DC converter 1630 is electrically connected to the other end of the switching unit 230.
- the other end of bidirectional DC-DC converter 1630 may be electrically connected to power storage unit 210.
- the rated current value of the bidirectional DC-DC converter 1630 may be smaller than the rated current value of the switching unit 230.
- the specifications of the bidirectional DC-DC converter 1630 may be determined based on “the time required to charge the power storage unit 210 from the first SOC to the second SOC when the bidirectional DC-DC converter 1630 operates”. .
- the first SOC is 25% and the second SOC is 75%.
- the first SOC may be 20% and the second SOC may be 80%.
- the first SOC may be 10% and the second SOC may be 90%.
- the first SOC may be 0% and the second SOC may be 100%. Examples of the above time include 12 hours, 18 hours, 24 hours, 36 hours, 48 hours, 72 hours, 1 week, 10 days, 15 days, 1 month, 2 months, 3 months and 6 months. it can.
- the specifications of bidirectional DC-DC converter 1630 may be determined based on "the time required to discharge power storage unit 210 from the first SOC to the second SOC when bidirectional DC-DC converter 1630 operates". .
- the first SOC is 75% and the second SOC is 25%.
- the first SOC may be 80% and the second SOC may be 20%.
- the first SOC may be 90% and the second SOC may be 10%.
- the first SOC may be 100% and the second SOC may be 0%.
- Examples of the above time include 12 hours, 18 hours, 24 hours, 36 hours, 48 hours, 72 hours, 1 week, 10 days, 15 days, 1 month, 2 months, 3 months and 6 months. it can.
- specifications of the bidirectional DC-DC converter 1630 include rated current value and rated power value.
- the bidirectional DC-DC converter 1630 uses, for example, a period during which the power storage system 100 is stopped to supply electric energy from one power storage module 1410 to another power storage module 1410. To transmit. Therefore, the capacity of the bidirectional DC-DC converter 1630 may be much smaller than that in the case of using the bidirectional DC-DC converter for the purpose of completely replacing the switching unit 230.
- the bidirectional DC-DC converter 1630 is controlled by the module control unit 1040.
- the module control unit 1040 for example, based on (i) the voltage or SOC of the power storage unit 210, (ii) the voltage of the wiring 106, and (iii) the voltage of the positive electrode terminal 212 of the power storage unit 210, the bidirectional DC-DC. Controls operation of converter 1630.
- the bidirectional DC-DC converter 1630 can transfer electrical energy from the power storage unit 210 to the wiring 106 at any timing.
- the bidirectional DC-DC converter 1630 can transmit electric energy from the wiring 106 to the wiring 210 at an arbitrary timing.
- FIG. 17 schematically shows an example of the system configuration of the power storage module 1710.
- the power storage module 1710 of the power storage module 1710 reset signal and overcharge protection for overdischarge protection. This is different from the power storage module 1410 in that at least one of the reset signals is transmitted to the protection unit 250.
- the power storage module 1710 controls the switching unit 230 to release at least one of the overdischarge protection interlock and the overcharge protection interlock. 1410 and the like.
- the power storage module 1710 may have the same characteristics as the corresponding configurations of the power storage module 1410 and the like.
- the switching units such as the switching unit 230, the switching unit 630, and the switching unit 730 are disposed inside the power storage module such as the power storage module 110, the power storage module 710, the power storage module 1010, the power storage module 1410, and the power storage module 1710.
- the details of the power storage system 100 have been described with reference to the case where the power storage system 100 is disposed in.
- the power storage system 100 is not limited to the above embodiments.
- the switching unit may be arranged outside the power storage module.
- the switching unit is arranged between the connection terminal 102 of the power storage system 100 and the positive electrode terminal of each power storage module.
- the switching unit may be arranged between the connection terminal 104 of the power storage system 100 and the negative electrode terminal of each power storage module.
- the switching unit arranged inside or outside each power storage module may be referred to as a switching unit corresponding to each power storage module.
- FIG. 18 schematically shows an example of the system configuration of the power storage module 1810.
- FIG. 18 schematically shows an example of a state in which the power storage system 100 including the power storage module 1810 and the charging device 14 are electrically connected.
- each of the plurality of electricity storage cells forming the electricity storage unit 210 is configured by a secondary battery of a type compatible with trickle charging, and the electricity storage module 1810 is configured to perform trickle charging.
- the difference from the power storage module 110, the power storage module 710, the power storage module 1010, the power storage module 1410, or the power storage module 1710 is that the portion 1820 is provided.
- the power storage module 1810 may have the same features as the corresponding configuration of the power storage module described above, except for the configuration described above.
- the power storage module 1810 may include both the voltage adjustment unit 1430 and the trickle charging unit 1820.
- the battery system of a secondary battery is represented by a reaction formula that does not cause irreversible changes in the battery system, even if the overcharged state continues Is compatible with trickle charging.
- the battery system of the secondary battery is expressed by a reaction formula that causes an irreversible change in the battery system when the overcharged state is maintained, the secondary battery cannot support trickle charging.
- Examples of secondary batteries that can be used for trickle charging include lead batteries, nickel-hydrogen batteries (including NiMH batteries), nickel-cadmium batteries, and the like.
- Examples of the secondary battery that cannot support trickle charging include lithium batteries and lithium ion batteries (including lithium ion polymer batteries and all-solid-state batteries).
- the trickle charging unit 1820 is connected in parallel with the switching unit 230 between the wiring 106 of the power storage system 100 and the power storage unit 210 of the power storage module 1810.
- the trickle charging unit 1820 may have a larger resistance than the switching unit 230. That is, the resistance value between the wiring 106 and the power storage unit 210 when a current flows through the trickle charging unit 1820 is larger than the resistance value when a current flows through the switching unit 230.
- the trickle charging unit 1820 passes current in the direction from the wiring 106 toward the power storage unit 210.
- trickle charging unit 1820 suppresses the passage of current in the direction from power storage unit 210 to wiring 106.
- trickle charging unit 1820 does not pass current in the direction from power storage unit 210 to wiring 106.
- the power storage system 100 may include a power storage module 1810 and another power storage module (not shown). In this case, the power storage module 1810 and another power storage module are connected in parallel via the wiring 106.
- the power storage system 100 may include one or a plurality of power storage modules 1810. Further, at least one of the plurality of power storage modules may be a secondary battery in which all the power storage cells forming the power storage unit 210 of the power storage module cannot support trickle charging.
- the life, reliability, charging performance, and the like are compared to the power storage system 100 including a single type of secondary battery. It is possible to construct a power supply system excellent in at least one of discharge performance, energy efficiency, temperature characteristics, and economy. For example, a lead battery operates in a relatively wide temperature range, but has a relatively low charge / discharge energy efficiency. On the other hand, the lithium-ion battery has high charge / discharge energy efficiency, but has a problem in operation in a low temperature region and a high temperature region.
- a power storage module including a power storage unit 210 including a lead battery and a power storage module including a power storage unit 210 including a lithium ion battery in parallel electric power with high energy efficiency can be obtained while operating in a wide temperature range.
- a supply system can be built.
- NiMH batteries nickel-metal hydride batteries
- NiMH batteries have the characteristics that they are more resistant to low-temperature operation and have greater instantaneous power output than lithium-ion batteries. Therefore, by combining in parallel a power storage module including a power storage unit 210 including a nickel-hydrogen battery and a power storage module including a power storage unit 210 including a lithium-ion battery, an electric power that operates in a wide temperature range and can be instantaneously taken out A large power supply system with a large battery capacity can be constructed.
- the protection unit 250 of the power storage module 1810 acquires the state information indicating the state of each of the plurality of power storage cells included in the power storage unit 210 of the power storage module 1810.
- the state information information indicating a voltage between terminals of each power storage cell (may be referred to as a battery voltage), information indicating a temperature of the surface of each power storage cell or a temperature near the surface, and the like are exemplified.
- the state information may be information indicating that the terminal voltage of each storage cell is not within a predetermined range.
- the module control unit 240 receives the signal indicating the above-mentioned state information from the protection unit 250.
- the module control unit 240 analyzes the state information acquired by the protection unit 250, and at least one state of the plurality of power storage cells forming the power storage unit 210 satisfies the full charge condition indicating the full charge of the power storage cell. Or not.
- the switching unit 230 of the module control unit 240 causes the wiring 106 of the power storage system 100 and the power storage module 1810 to operate. Switching unit 230 is controlled to electrically disconnect power storage unit 210. Accordingly, deterioration or damage of power storage unit 210 due to overcharge or overdischarge can be suppressed.
- the module control unit 240 determines that the full charge condition is satisfied when at least one battery voltage of the plurality of power storage cells is higher than a predetermined first threshold value. In another embodiment, the module control unit 240, when the rising gradient of the temperature of at least one surface of the plurality of power storage cells or the vicinity of the surface per unit time is larger than a second threshold value set in advance, it is fully charged. Judge that the conditions are satisfied.
- the switching unit 230 electrically disconnects the wiring 106 of the power storage system 100 and the power storage unit 210 of the power storage module 1810, at least a part of the plurality of power storage cells included in the power storage unit 210 of the power storage module 1810 is detected. It may not be fully charged.
- the switching unit 230 since the power storage module 1810 includes the trickle charging unit 1820, the switching unit 230 electrically connects the wiring 106 of the power storage system 100 and the power storage unit 210 of the power storage module 1810. Even after the disconnection, as long as the charging device 14 continues to charge, the power storage unit 210 is continuously charged.
- each of the plurality of power storage cells that configures the power storage unit 210 is configured by the type of secondary battery that is compatible with trickle charging, it is assumed that charging is continued after full charge. However, in principle, overcharge does not cause irreversible decomposition or reaction of the storage cell. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to continue the charging of the storage cells that are not fully charged while suppressing the deterioration or damage of the fully charged storage cells.
- the power storage module 1810 may be an example of the first power storage device.
- Power storage unit 210 of power storage module 1810 may be an example of a first power storage unit.
- Each of the storage cell 222 and the storage cell 224 that configure the storage unit 210 of the storage module 1810 may be an example of a first storage cell.
- another power storage module that can be connected in parallel with the power storage module 1810 may be an example of the second power storage device.
- the power storage unit 210 of the other power storage module may be an example of the second power storage unit.
- Each of the power storage cell 222 and the power storage cell 224 forming the power storage unit 210 of another power storage module may be an example of the second power storage cell.
- the trickle charging unit 1820 may be an example of a limiting unit.
- the type of secondary battery that is compatible with trickle charging may be an example of the first type of secondary battery.
- the type of secondary battery that cannot be applied to trickle charging may be an example of the second type of secondary battery.
- the module controller 240 may be an example of a switching controller.
- the protection unit 250 may be an example of a state information acquisition unit.
- the details of the power storage system 100 will be described by taking the case where the module control unit 240 receives a signal from the protection unit 250 and controls the switching unit 230 as an example.
- the power storage system 100 is not limited to this embodiment.
- the system control unit 140 may receive the signal from the protection unit 250 and control the switching unit 230.
- the system control unit 140 may be an example of the switching control unit.
- FIG. 19 schematically shows an example of the internal configuration of the trickle charging unit 1820.
- the trickle charging unit 1820 includes a current amount limiting unit 1940 and a current direction limiting unit 1950.
- the current amount limiting unit 1940 limits the amount of current flowing through the trickle charging unit 1820.
- the current amount limiting unit 1940 may have a larger resistance than the switching unit 230.
- the current amount limiting unit 1940 may include at least one of a fixed resistor, a variable resistor, a constant current circuit, and a constant power circuit.
- the current amount limiting unit 1940 may include a PTC thermistor. When a current flows through the current amount limiting unit 1940 while the trickle charging of the power storage unit 210 is being performed, the current amount limiting unit 1940 may generate heat.
- the current amount limiting unit 1940 since the current amount limiting unit 1940 has the PTC thermistor, when the temperature of the current amount limiting unit 1940 increases, the amount of current flowing through the current amount limiting unit 1940 decreases. Accordingly, the temperature of current amount limiting unit 1940 can be maintained within a predetermined numerical range while trickle charging of power storage unit 210 is being performed.
- the current direction limiting unit 1950 is connected in series with the current amount limiting unit 1940.
- Current direction limiting unit 1950 passes current in the direction from wiring 106 to power storage unit 210.
- current direction limiting unit 1950 does not allow current to pass in the direction from power storage unit 210 to wiring 106.
- the current direction limiting unit 1950 may include a diode. The diodes may be arranged such that the direction from wiring 106 toward power storage unit 210 is the forward direction.
- FIG. 20 schematically shows an example of the system configuration of the power storage system 100.
- the power storage system 100 includes the power storage module 110 that does not have the trickle charging unit 1820.
- the power storage system 100 may include a plurality of power storage modules 110.
- the power storage system 100 includes a power storage module 1810 having a trickle charging unit 1820.
- the power storage system 100 may include a plurality of power storage modules 1810.
- the power storage system 100 shown in FIG. 20 may have the same configuration as the power storage system 100 shown in FIGS. 1 to 17 except for the above points.
- the type of power storage cells that configure the power storage unit 210 of the power storage module 110 and the type of power storage cells that configure the power storage unit 210 of the power storage module 1810 are different.
- the power storage cells that form the power storage unit 210 of the power storage module 110 may be secondary batteries that cannot support trickle charging.
- the power storage cells that form the power storage unit 210 of the power storage module 1810 may be secondary batteries that are capable of trickle charging.
- each power storage cell forming the power storage unit 210 of the power storage module 1810 is charged by the trickle charging method. As a result, the SOCs of the power storage cells forming the power storage unit 210 of the power storage module 1810 are equalized.
- the power storage module 110 and the power storage module 1810 may be charged by a constant current / constant voltage charging method (sometimes referred to as CCCV). Further, the set voltage indicating the full charge of each power storage cell forming power storage unit 210 of power storage module 1810 may be smaller than the set voltage at the time of constant voltage charging of each power storage cell forming power storage unit 210 of power storage module 110. .
- CCCV constant current / constant voltage charging method
- the set voltage indicating the full charge of each power storage cell forming the power storage unit 210 of the power storage module 1810 is set to the power storage unit 210 of the power storage module 1810 while the power storage module 110 and the power storage module 1810 are being charged by the constant current charging method. It is preferable that at least one of the plurality of power storage cells constituting the battery is set to be fully charged.
- a method of determining whether the storage cell is fully charged while the storage cell is being charged by the constant current charging method - ⁇ V control charging method, dT / dt control charging method, step control charging method, timer control charging A method is exemplified.
- the switching unit 230 of the power storage module 1810 electrically disconnects the power storage unit 210 of the power storage module 1810 and the wiring 106 of the power storage system 100
- the switching unit 230 of the power storage module 110 causes the power storage unit of the power storage module 110 to switch.
- 210 and the wiring 106 of the power storage system 100 are electrically disconnected.
- the set voltage indicating the full charge of each power storage cell forming power storage unit 210 of power storage module 1810 is set at the time of constant voltage charging of each power storage cell forming power storage unit 210 of power storage module 110. More electricity can be stored compared to the case where it is larger than the voltage.
- the details of the power storage system 100 have been described by taking the case where the power storage module 110 and the power storage module 1810 are charged by the CCCV method as an example.
- the charging method of the power storage module 110 and the power storage module 1810 is not limited to the CCCV method.
- any charging method can be applied.
- the power storage module 110 and the power storage module 1810 may be charged by a constant current / pulse current method.
- the electricity storage cells forming the electricity storage unit 210 of the electricity storage module 110 do not have the characteristic that the battery voltage decreases from the peak voltage by ⁇ V (sometimes referred to as ⁇ V characteristic) when overcharged. It may be a secondary battery.
- the power storage cell forming the power storage unit 210 of the power storage module 1810 may be a secondary battery having a characteristic that the battery voltage decreases from the peak voltage by ⁇ V when overcharged.
- the total battery capacity of power storage unit 210 of power storage module 1810 may be smaller than the total battery capacity of power storage unit 210 of power storage module 110.
- Examples of secondary batteries that do not have the - ⁇ V characteristic include lithium batteries, lithium-ion batteries (including lithium-ion polymer batteries and all-solid-state batteries), lead batteries, and the like.
- Examples of the secondary battery having ⁇ V characteristics include nickel hydrogen batteries (including NiMH batteries) and nickel cadmium batteries.
- FIG. 21 schematically shows an example of charging characteristics of the power storage system 100.
- a solid line 2122 shows an example of current fluctuation of the secondary battery having ⁇ V characteristics during charging.
- a dotted line 2124 indicates an example of current fluctuation of the battery having no ⁇ V characteristic during charging.
- a solid line 2142 shows an example of voltage fluctuation of the secondary battery having ⁇ V characteristics during charging.
- Dotted line 2144 shows an example of the voltage fluctuation of the battery having no ⁇ V characteristic during charging.
- FIG. 22 schematically shows an example of charging characteristics of the power storage system 100 when the power storage system 100 includes a single power storage module 110 and a single power storage module 1810.
- a curve 2232 shows a temperature change on or near the surface of the power storage cell that is closest to full charge among the plurality of power storage cells included in the power storage unit 210 of the power storage module 1810.
- Curve 2242 shows the fluctuation of the battery voltage of the storage cell that is closest to full charge among the plurality of storage cells included in power storage unit 210 of power storage module 1810.
- Curve 2262 shows the fluctuation of the battery voltage of the storage cell that is closest to full charge among the plurality of storage cells included in power storage unit 210 of power storage module 110.
- charging is started at time t0.
- the temperature of the surface or the vicinity of the surface of the power storage cell included in power storage unit 210 of power storage module 1810 sharply rises. Therefore, the module control unit 240 of the power storage module 1810 controls the switching unit 230 of the power storage module 1810 to electrically disconnect the power storage unit 210 of the power storage module 1810 and the wiring 106 of the power storage system 100.
- the charging current of the power storage module 110 increases.
- CC charging ends and CV charging starts.
- charging is completed.
- the module control unit 240 of the power storage module 110 controls the switching unit 230 of the power storage module 110 to electrically disconnect the power storage unit 210 of the power storage module 110 and the wiring 106 of the power storage system 100.
- the charging current is supplied to the power storage unit 210 of the power storage module 1810 via the trickle charging unit 1820 in the period from time t1 to time t3. Therefore, the SOCs of the plurality of power storage cells forming the power storage unit 210 of the power storage module 1810 are equalized in the period from time t1 to time t3.
- FIG. 23 schematically shows an example of charging characteristics of the power storage system 100 when the power storage system 100 includes a single power storage module 110 and two power storage modules 1810.
- a curve 2332 shows a temperature change on or near the surface of a power storage cell that is the second closest to full charge among the plurality of power storage cells included in the power storage unit 210 of the power storage module 1810.
- Curve 2342 shows the fluctuation of the battery voltage of the storage cell that is the second closest to full charge among the plurality of storage cells included in power storage unit 210 of power storage module 1810.
- charging is started at time t0.
- the temperature of the surface of the power storage cell included in power storage unit 210 of one power storage module 1810 or the temperature in the vicinity of the surface rapidly rises. Therefore, the module control unit 240 of the one power storage module 1810 controls the switching unit 230 of the one power storage module 1810 to electrically connect the power storage unit 210 of the one power storage module 1810 and the wiring 106 of the power storage system 100. Disconnect. As a result, the charging current of the power storage module 110 and the other power storage module 1810 increases.
- the module control unit 240 of the other power storage module 1810 controls the switching unit 230 of the other power storage module 1810 to electrically connect the power storage unit 210 of the other power storage module 1810 and the wiring 106 of the power storage system 100. Disconnect. As a result, the charging current of the power storage module 110 increases. At time t3, CC charging ends and CV charging starts. At time t4, charging is completed. Specifically, the module control unit 240 of the power storage module 110 controls the switching unit 230 of the power storage module 110 to electrically disconnect the power storage unit 210 of the power storage module 110 and the wiring 106 of the power storage system 100.
- the charging current is supplied to the power storage unit 210 of one power storage module 1810 via the trickle charging unit 1820. Therefore, in the period from time t1 to time t4, the SOCs of the plurality of power storage cells forming power storage unit 210 of one power storage module 1810 are equalized. In the period from time t2 to time t4, the charging current is supplied to the power storage unit 210 of the other power storage module 1810 via the trickle charging unit 1820. Therefore, in the period from time t2 to time t4, the SOCs of the plurality of power storage cells forming power storage unit 210 of the other power storage module 1810 are equalized.
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Abstract
第2蓄電装置と並列接続可能に構成された第1蓄電装置の第1蓄電部と、第1蓄電装置及び第2蓄電装置を電気的に接続する配線との間に配され、配線及び第1蓄電部の電気的な接続関係を切り替える切替部を備える。配線及び第1蓄電部の間において切替部と並列に接続され、切替部よりも大きな抵抗を有し、配線から第1蓄電部に向かう方向に電流を通過させ、第1蓄電部から配線に向かう方向に電流が通過することを抑制する制限部を備える。第1蓄電装置の電池系は、過充電状態が持続した場合であっても、原理的には、電池系に不可逆な変化の生じない反応式で表される。第2蓄電装置の電池系は、過充電状態が持続した場合、原理的に、電池系に不可逆な変化の生じる反応式で表される。
Description
本発明は、蓄電システムに関する。
複数の蓄電モジュールを備えた蓄電システムにおいて、当該蓄電モジュールが並列に接続される場合がある(例えば、特許文献1を参照)。特許文献2には、蓄電モジュールを活性挿抜することのできる蓄電システムが開示されている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開平11-98708号公報
[特許文献2]国際公開第2017/086349号
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開平11-98708号公報
[特許文献2]国際公開第2017/086349号
二次電池の種類が異なると、出力電圧、充電完了時の条件などが異なる。そのため、二次電池の種類が異なる2つの蓄電モジュールを並列に接続する場合、両方の蓄電モジュールの能力を十分に活用することが難しい。
本発明の第1の態様においては、蓄電システムが提供される。上記の蓄電システムは、例えば、第2蓄電装置と並列接続可能に構成された第1蓄電装置の第1蓄電部と、第1蓄電装置及び第2蓄電装置を電気的に接続する配線との間に配され、配線及び第1蓄電部の電気的な接続関係を切り替える切替部を備える。上記の蓄電システムは、例えば、配線及び第1蓄電部の間において切替部と並列に接続され、切替部よりも大きな抵抗を有し、配線から第1蓄電部に向かう方向に電流を通過させ、第1蓄電部から配線に向かう方向に電流が通過することを抑制する制限部を備える。上記の蓄電システムにおいて、例えば、第1蓄電部は、直列に接続された複数の第1蓄電セルを含む。上記の蓄電システムにおいて、例えば、第2蓄電装置は、直列に接続された複数の第2蓄電セルを含む第2蓄電部を有する。上記の蓄電システムにおいて、例えば、第1蓄電セルは、第1の種類の二次電池である。上記の蓄電システムにおいて、例えば、第2蓄電セルは、第2の種類の二次電池である。上記の蓄電システムにおいて、例えば、第1の種類の二次電池の電池系は、過充電状態が持続した場合であっても、原理的には、電池系に不可逆な変化の生じない反応式で表される。上記の蓄電システムにおいて、例えば、第2の種類の二次電池の電池系は、過充電状態が持続した場合、原理的に、電池系に不可逆な変化の生じる反応式で表される。
上記の蓄電システムにおいて、制限部は、制限部を流れる電流の電流量を制限する電流量制限部を有してよい。上記の蓄電システムにおいて、制限部は、電流量制限部と直列に接続され、配線から第1蓄電部に向かう方向に電流を通過させ、第1蓄電部から配線に向かう方向に電流を通過させない電流方向制限部を有してよい。上記の蓄電システムにおいて、電流量制限部は、PTCサーミスタを含んでよい。
上記の蓄電システムにおいて、第1の種類の二次電池は、過充電時に、電池電圧がピーク電圧からΔV低下する特性を有してよい。上記の蓄電システムにおいて、第2の種類の二次電池は、過充電時に、電池電圧がピーク電圧からΔV低下する特性を有しなくてよい。上記の蓄電システムにおいて、第1蓄電部の電池容量は、第2蓄電部の電池容量よりも小さくてよい。上記の蓄電システムにおいて、蓄電システムは、定電流定電圧充電方式(CCCV)により充電されてよい。上記の蓄電システムにおいて、第1蓄電セルの満充電を示す設定電圧は、第2蓄電セルの定電圧充電時の設定電圧よりも小さくてよい。
上記の蓄電システムは、複数の第1蓄電セルのそれぞれの状態を示す状態情報を取得する状態情報取得部を備えてよい。上記の蓄電システムは、切替部を制御する切替制御部を備えてよい。上記の蓄電システムにおいて、切替制御部は、状態情報取得部が取得した状態情報により示される複数の第1蓄電セルの少なくとも1つの状態が、第1の種類の二次電池の満充電を示す満充電条件を満足する場合に、切替部が配線及び第1蓄電部を電気的に切断するように、切替部を制御してよい。
上記の蓄電システムにおいて、状態情報は、複数の第1蓄電セルのそれぞれの電池電圧を示す情報を含んでよい。上記の蓄電システムにおいて、切替制御部は、状態情報により示される複数の第1蓄電セルの少なくとも1つの電池電圧が、予め定められた第1閾値より大きい場合に、切替部が配線及び第1蓄電部を電気的に切断するように、切替部を制御してよい。
上記の蓄電システムにおいて、状態情報は、複数の第1蓄電セルのそれぞれの表面又は表面近傍の温度を示す情報を含んでよい。上記の蓄電システムにおいて、切替制御部は、単位時間当たりにおける、状態情報により示される複数の第1蓄電セルの少なくとも1つの表面又は表面近傍の温度の上昇勾配が、予め定められた第2閾値より大きい場合に、切替部が配線及び第1蓄電部を電気的に切断するように、切替部を制御してよい。
上記の蓄電システムにおいて、第1蓄電装置は、切替部及び制限部を備えてよい。上記の蓄電システムにおいて、第1蓄電装置は、配線と着脱自在に構成されてよい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は、請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、図面を参照して、実施形態について説明するが、図面の記載において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省く場合がある。
図1は、蓄電システム100のシステム構成の一例を概略的に示す。一実施形態において、蓄電システム100は、負荷装置12に電気的に接続され、負荷装置12に電力を供給する(蓄電システム100の放電と称する場合がある)。他の実施形態において、蓄電システム100は、充電装置14に電気的に接続され、電気エネルギーを蓄積する(蓄電システムの充電と称する場合がある)。蓄電システム100は、例えば、蓄電装置、電気機器、輸送装置などに利用される。輸送装置としては、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気二輪車、鉄道車両、飛行機、昇降機、クレーンなどを例示することができる。
本実施形態において、蓄電システム100は、接続端子102と、接続端子104と、接続端子102及び接続端子104を電気的に接続する配線106と、正極端子112及び負極端子114を有する蓄電モジュール110と、正極端子122及び負極端子124を有する蓄電モジュール120と、システム制御部140とを備える。蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120は、並列接続可能に構成された蓄電装置の一例であってよい。例えば、蓄電モジュール110は蓄電装置の一例であってよく、蓄電モジュール120は他の蓄電装置の一例であってよい。蓄電装置は、電力供給装置の一例であってよい。システム制御部140は、電池特性取得部の一例であってよい。システム制御部140は、出力部の一例であってよい。
蓄電システム100は、接続端子102及び接続端子104を介して、負荷装置12又は充電装置14と電気的に接続される。本実施形態において、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120は、配線106を用いて並列に接続される。また、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれは、蓄電システム100の筐体に着脱自在に保持される。これにより、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれを、個別に交換することができる。
本実施形態において、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれは、システム制御部140からの制御信号又はユーザの操作に基づいて、各蓄電モジュールの蓄電部と配線106との接続関係を切り替えることができる。例えば、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれは、システム制御部140からの制御信号、又は、ユーザの操作に基づいて、各蓄電モジュールの蓄電部を配線106に電気的に接続させたり、各蓄電モジュールの蓄電部を配線106から電気的に切断したりすることができる。
これにより、蓄電システム100に新たに実装する蓄電モジュールの電圧と、蓄電システム100に既に実装されている蓄電モジュールの電圧とが異なる場合であっても、蓄電モジュールの破損又は劣化を心配することなく、蓄電システム100に含まれる複数の蓄電モジュールのそれぞれを、個別に交換することができる。その理由は、例えば、下記のとおりである。
近年のリチウムイオン電池の性能の向上により、リチウムイオン電池のインピーダンスが10mΩ程度にまで小さくなっている。そのため、例えば、2つの蓄電モジュールの電圧差が0.4Vしかない場合であっても、当該2つの蓄電モジュールを並列に接続すると、電圧の大きな蓄電モジュールから電圧の小さな蓄電モジュールに向かって、40Aもの大電流が流れる。その結果、蓄電モジュールが劣化したり、破損したりする。なお、蓄電モジュールの電圧は、蓄電モジュールの正極端子及び負極端子の間の電圧(蓄電モジュールの端子間電圧と称する場合がある。)であってよい。
蓄電モジュールの交換作業に伴う蓄電モジュールの劣化又は破損を防止することを目的として、並列に接続された複数の蓄電モジュールの1つを個別に交換する場合、蓄電モジュールの交換作業を実施する前に、新たに実装する蓄電モジュールと、既に実装されている蓄電モジュールとの電圧差が極めて小さくなるまで、時間をかけて両者の電圧を調整することが考えられる。新たに実装する蓄電モジュールと、既に実装されている蓄電モジュールとの電圧差を極めて小さくすることで、蓄電モジュールの交換時に各蓄電モジュールに大きな電流が流れることを防止することができる。その結果、蓄電モジュールの劣化又は破損を抑制することができる。しかしながら、リチウムイオン電池のインピーダンスが小さくなるにつれて、新たに実装する蓄電モジュールと、既に実装されている蓄電モジュールとの電圧差の許容値も小さくなり、電圧差の調整に要する時間が非常に長くなる可能性がある。
これに対して、本実施形態に係る蓄電システム100によれば、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれが、システム制御部140からの制御信号又はユーザの操作に基づいて、各蓄電モジュールの蓄電部と配線106との間の接続関係を切り替えることができる。そして、例えば、以下の手順により、蓄電モジュール110を交換することができる。
まず、ユーザは、古い蓄電モジュール110を、蓄電システム100から取り外す。次に、ユーザは、新しい蓄電モジュール110を蓄電システム100に実装する前に、新しい蓄電モジュール110の蓄電部と配線106とを電気的に切断するための操作を実施する。例えば、ユーザは、蓄電モジュール110の正極端子112と蓄電部との間に配されたスイッチング素子を手動で操作して、正極端子112と蓄電部とを電気的に切断する。
その後、ユーザは、正極端子112と蓄電部とが電気的に切断された状態の蓄電モジュール110を、蓄電システム100に実装する。このとき、正極端子112と蓄電部とが電気的に切断されているので、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120の間の電圧差が比較的大きくても、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120の間に電流は流れない。その後、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120の電圧差が適切な値になると、システム制御部140が、蓄電モジュール110と配線106とを電気的に接続するための操作を実行する。なお、システム制御部140の詳細については後述する。
以上のとおり、本実施形態に係る蓄電システム100によれば、蓄電モジュールを交換又は実装する場合に、新たに蓄電システム100に実装される蓄電モジュールの電圧と、既に蓄電システム100に実装されている蓄電モジュールの電圧とを厳密に調整する必要がない。そのため、蓄電モジュールを容易かつ迅速に交換したり、実装したりすることができる。
システム制御部140は、蓄電システム100の各部を制御する。一実施形態において、システム制御部140は、蓄電システム100の状態を決定する。蓄電システム100の状態としては、充電状態、放電状態、スタンバイ状態又は停止状態などを例示することができる。
例えば、システム制御部140は、充放電イベントに関する情報を受信して、充放電イベントに関する情報に基づいて、蓄電システム100の状態を決定する。充放電イベントに関する情報としては、(i)負荷装置12、充電装置14などの外部機器からの充電要求又は放電要求、(ii)外部機器が接続されたことを示す情報、(iii)外部機器の種類を示す情報、(iv)外部機器の動作を示す情報、(v)外部機器の状態を示す情報、(vi)外部機器に対するユーザの指示又は操作を示す情報、(vii)蓄電システム100に対するユーザの指示又は操作を示す情報、及び、(viii)これらの組み合わせなどを例示することができる。
例えば、システム制御部140は、負荷装置12の接続を検出した場合、又は、負荷装置12の種類を示す信号を受信した場合に、蓄電システム100が放電状態にあると判断する。システム制御部140は、負荷装置12から、電力を使用することを示す信号を受信した場合に、蓄電システム100が放電状態にあると判断してもよい。電力を使用することを示す信号としては、負荷装置12の電源をONにすることを示す信号、負荷装置12の電源がONになったことを示す信号、負荷装置12を運転モードに移行させることを示す信号、負荷装置12が運転モードに移行したことを示す信号などを例示することができる。
システム制御部140は、充電装置14の接続を検出した場合、又は、充電装置14の種類を示す信号を受信した場合に、蓄電システム100が充電状態にあると判断してよい。システム制御部140は、充電装置14から、充電を開始することを示す信号を受信した場合に、蓄電システム100が充電状態にあると判断してもよい。システム制御部140は、負荷装置12から、回生電流が発生していること又は回生電流が発生する可能性があることを示す信号を受信した場合に、蓄電システム100が充電状態にあると判断してもよい。
他の実施形態において、システム制御部140は、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれの状態を監視する。システム制御部140は、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれに含まれる蓄電部の電池特性に関する情報を収集してよい。蓄電部の電池特性に関する情報は、蓄電部の電圧値、蓄電部を流れる電流値、蓄電部の電池容量、蓄電部の温度、蓄電部の劣化状態、及び、蓄電部のSOC(State Of Charge)から選択される少なくとも1つであってよい。
蓄電部の電池特性(蓄電モジュールの電池特性と称する場合がある。蓄電部の電池特性は、蓄電モジュールを構成する複数の単電池のうちの単一の単電池の電池特性であってもよく、当該複数の単電池の組み合わせの電池特性であってもよい。)に関する情報は、蓄電部の仕様に関する情報、蓄電部の劣化状態に関する情報の少なくとも一方を含んでもよい。蓄電部の仕様に関する情報としては、蓄電部の種類又は型式、蓄電部の接続状態、蓄電部を充電することができる充電方式の種類、蓄電部を充電することができない充電方式の種類、定格電池容量(定格容量と称される場合がある。)、定格電圧、定格電流、エネルギー密度、最大充放電電流、充電特性、充電温度特性、放電特性、放電温度特性、自己放電特性、充放電サイクル特性、初期状態における等価直列抵抗、初期状態における電池容量、初期状態におけるSOC[%]、蓄電電圧[V]などに関する情報を例示することができる。充電方式としては、CCCV方式、CC方式、トリクル充電方式などを例示することができる。
蓄電部の接続状態としては、蓄電部を構成する単位セルの種類、当該単位セルの数、当該単位セルの接続形式などを例示することができる。単位セルの接続形式としては、直列に接続された単位セルの数、並列に接続された単位セルの数などを例示することができる。エネルギー密度は、体積エネルギー密度[Wh/m3]であってもよく、重量エネルギー密度[Wh/kg]であってもよい。
蓄電部の劣化状態に関する情報としては、任意の時点における蓄電部の情報であって、(i)満充電状態における電池容量、(ii)予め定められた温度条件におけるSOC、(iii)SOH(State Of Health)、(iv)等価直列抵抗(DCR、内部抵抗と称される場合もある。)、(v)初期状態又は予め定められたタイミングから積算された使用時間、充電回数、充電量、放電量、充放電サイクル数、温度ストレス要素及び過電流ストレス要素の少なくとも1つなどに関する情報を例示することができる。蓄電部の電池特性に関する情報は、蓄電部の劣化状態に関する情報と、当該情報が取得された時刻に関する情報とを対応付けて格納してもよい。蓄電部の電池特性に関する情報は、複数の時刻における、蓄電部の劣化状態に関する情報を格納してよい。
SOH[%]は、例えば、劣化時の満充電容量(例えば、現在の満充電容量である。)[Ah]÷初期の満充電容量[Ah]×100として表される。SOHの算出方法又は推算方法は特に限定されるものではないが、例えば、蓄電部のSOHは、当該蓄電部の直流抵抗値及び開放電圧値の少なくとも一方に基づいて、算定又は推定される。SOHは、任意の換算式などを利用して、予め定められた温度条件における値に換算された値であってもよい。
蓄電部の劣化状態の判定方法は、特に制限されるものでなく、現在知られている、又は、将来開発された判定方法を利用することができる。一般的に、蓄電部の劣化が進行するにつれて、利用可能な電池容量は減少し、等価直列抵抗は増加する。そのため、例えば、現在の電池容量、SOC又は等価直列抵抗と、初期状態の電池容量、SOC又は等価直列抵抗とを比較することで、電池の劣化状態を判定することができる。
SOC[%]は、例えば、残容量[Ah]÷満充電容量[Ah]×100として表される。SOCの算出方法又は推算方法は特に限定されるものではないが、SOCは、例えば、(i)蓄電部の電圧の測定結果、(ii)蓄電部の電圧のI-V特性データ及び(iii)蓄電部の電流値の積算値の少なくとも1つに基づいて、算出又は推定される。SOCは、任意の換算式などを利用して、予め定められた温度条件における値に換算された値であってもよい。
蓄電部の電池特性に関する情報は、当該蓄電部の充電時間及び放電時間の少なくとも一方に関する情報であってもよい。蓄電部の充電時間及び放電時間は、それぞれ、当該蓄電部を含む蓄電モジュールの充電時間及び放電時間であってもよい。一般的に、蓄電部の劣化が進行するにつれて、利用可能な電池容量が減少し、充電時間及び放電時間の少なくとも一方が短くなる。
蓄電部の充電時間に関する情報は、蓄電システム100の充電時間に対する、当該蓄電部の充電時間の割合を示す情報を含んでよい。蓄電部の充電時間に関する情報は、蓄電システム100の充電時間を示す情報と、当該蓄電部の充電時間を示す情報とを含んでよい。上記の充電時間は、(i)1回の充電動作において、蓄電システム100又は蓄電部に電流又は電圧が印加された時間であってもよく、(ii)予め定められた期間における1又は複数の充電動作において、蓄電システム100又は蓄電部に電流又は電圧が印加された時間の総和であってもよい。
蓄電部の充電時間に関する情報は、予め定められた期間における蓄電システム100の充電回数に対する、当該期間における当該蓄電部の充電回数の割合を示す情報を含んでよい。蓄電部の充電時間に関する情報は、予め定められた期間における蓄電システム100の充電回数を示す情報と、当該期間における当該蓄電部の充電回数を示す情報とを含んでよい。
蓄電部の放電時間に関する情報は、蓄電システム100の放電時間に対する、当該蓄電部の放電時間の割合を示す情報を含んでよい。蓄電部の放電時間に関する情報は、蓄電システム100の放電時間と、当該蓄電部の放電時間とを含んでもよい。上記の放電時間は、(i)1回の放電動作において、蓄電システム100又は蓄電部が電流又は電圧を供給した時間であってもよく、(ii)予め定められた期間における1又は複数の放電動作において、蓄電システム100又は蓄電部が電流又は電圧を供給した時間の総和であってもよい。
蓄電部の放電時間に関する情報は、予め定められた期間における蓄電システム100の放電回数に対する、当該期間における当該蓄電部の放電回数の割合を示す情報を含んでよい。蓄電部の放電時間に関する情報は、予め定められた期間における蓄電システム100の放電回数と、当該期間における当該蓄電部の放電回数とを含んでもよい。
システム制御部140は、蓄電モジュール110に含まれる蓄電部の電池特性に関する情報、及び、蓄電モジュール120に含まれる蓄電部の電池特性に関する情報の少なくとも一方を、外部の機器に送信してよい。これにより、外部の機器は、蓄電部の電池特性に関する情報を利用することができる。外部の機器としては、負荷装置12、充電装置14などを例示することができる。外部の機器は、ユーザに情報を出力する出力装置であってもよい。出力装置としては、ディスプレイなどの表示装置、又は、マイクなどの音声出力装置を例示することができる。出力装置は、出力部の一例であってよい。
システム制御部140は、蓄電モジュールの電池特性に関する情報に基づいて、当該蓄電モジュールの性能を判定してよい。システム制御部140は、蓄電モジュールの電池特性が予め定められた判定条件を満足しない場合に、当該蓄電モジュールの性能が不十分であることを示す情報を出力してもよい。システム制御部140は、蓄電システム100の用途に基づいて、判定条件を決定してもよい。
本実施形態においては、システム制御部140が、蓄電モジュール110に含まれる蓄電部の電池特性に関する情報、及び、蓄電モジュール120に含まれる蓄電部の電池特性に関する情報の少なくとも一方を収集し、収集された情報を外部の機器に送信する場合について説明した。しかしながら、蓄電システム100は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれが、各蓄電モジュールに含まれる蓄電部の電池特性に関する情報を収集して、収集された情報を外部の機器に送信してもよい。
本実施形態において、システム制御部140は、各蓄電モジュールの蓄電部の電圧に基づいて、各蓄電モジュールの蓄電部を配線106に電気的に接続させる順番を決定する。例えば、蓄電システム100の動作を開始する場合において、蓄電システム100の状態が充電状態から始まる場合、システム制御部140は、電圧の小さな蓄電モジュールの蓄電部から、配線106に電気的に接続させる。一方、蓄電システム100の動作を開始する場合において、蓄電システム100の状態が放電状態から始まる場合、システム制御部140は、電圧の大きな蓄電モジュールの蓄電部から、配線106に電気的に接続させる。なお、システム制御部140は、各蓄電モジュールの端子間電圧に基づいて、各蓄電モジュールの蓄電部を配線106に電気的に接続させる順番を決定してもよい。
一実施形態において、システム制御部140は、蓄電部を配線106に接続させるための信号を、決定された順番に従って各蓄電モジュールに送信してよい。他の実施形態において、システム制御部140は、電圧若しくはSOCが最も小さな蓄電モジュール、又は、電圧若しくはSOCが最も大きな蓄電モジュールを選択して、選択された蓄電モジュールに対してのみ、蓄電部を配線106に接続させるための信号を送信してもよい。
システム制御部140は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよい。また、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。一実施形態において、システム制御部140は、アナログ回路、デジタル回路、又は、アナログ回路及びデジタル回路の組み合わせにより実現されてもよい。他の実施形態において、システム制御部140は、CPU、ROM、RAM、通信インターフェース等を有するデータ処理装置等を備えた一般的な情報処理装置において、システム制御部140の各部を制御するためのプログラムが実行されることにより実現されてよい。
コンピュータにインストールされ、コンピュータを本実施形態に係るシステム制御部140の一部として機能させるプログラムは、システム制御部140の各部の動作を規定したモジュールを備えてよい。これらのプログラム又はモジュールは、CPU等に働きかけて、コンピュータを、システム制御部140の各部としてそれぞれ機能させる。
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータに読込まれることにより、ソフトウエアと上述した各種のハードウエア資源とが協働した具体的手段として機能する。これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータの使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の装置を構築することができる。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。
なお、「電気的に接続される」とは、特定の要素と他の要素とが直接接続される場合に限定されない。特定の要素と他の要素との間に、第三の要素が介在してもよい。また、特定の要素と他の要素とが物理的に接続されている場合に限定されない。例えば、変圧器の入力巻線と出力巻線とは物理的には接続されていないが、電気的には接続されている。さらに、特定の要素と他の要素とが現実に電気的に接続されている場合だけでなく、蓄電セルとバランス補正部とが電気的に接続されたときに、特定の要素と他の要素とが電気的に接続される場合をも含む。また、「直列に接続される」とは、特定の要素と他の要素とが直列に電気的に接続されることを示し、「並列に接続される」とは、特定の要素と他の要素とが並列に電気的に接続されることを示す。
本実施形態において、蓄電システム100が、並列に接続された2つの蓄電モジュールを備える場合について説明した。しかしながら、蓄電システム100は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、蓄電システム100は、並列に接続された3以上の蓄電モジュールを有してもよい。
本実施形態において、蓄電モジュール110を蓄電システム100に実装する前に、ユーザが、新しい蓄電モジュール110の蓄電部と配線106とを電気的に接続するための操作を実施する場合について説明した。しかしながら、蓄電モジュール110の実装方法又は交換方法は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、ユーザは、例えば、蓄電システム100の入力部(図示していない。)を操作して、蓄電モジュール110の交換作業を開始するための指示を入力する。入力部としては、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、マイク、音声認識システム、ジェスチャ入力システムなどを例示することができる。
システム制御部140は、蓄電モジュール110の交換作業を開始するための指示を受け付けると、蓄電モジュール110と並列に接続された蓄電モジュール(本実施形態の場合、蓄電モジュール120である。)の蓄電部と配線106とを電気的に切断するための操作を実施してもよい。このとき、システム制御部140は、蓄電モジュール110の蓄電部と配線106とを電気的に切断するための操作を実施してもよい。例えば、システム制御部140は、各蓄電モジュールの正極端子と蓄電部との間に配されたスイッチング素子をオフ動作させるための信号を、当該スイッチング素子に送信する。
システム制御部140は、古い蓄電モジュール110が取り出され、新しい蓄電モジュール110が実装されたことを検出すると、各蓄電モジュールの蓄電部の電圧を取得する。新しい蓄電モジュール110の蓄電部と配線106とが電気的に接続されている場合、システム制御部140は、例えば、蓄電モジュール110と蓄電モジュール120との電圧差が適切な値になるまで、蓄電モジュール110のみを利用して、蓄電システム100を運用する。そして、蓄電モジュール110と蓄電モジュール120との電圧差が適切な値になると、システム制御部140は、蓄電モジュール120と配線106とを電気的に接続するための操作を実行する。
一方、新しい蓄電モジュール110の蓄電部と配線106とが電気的に接続されていない場合、システム制御部140は、各蓄電モジュールの蓄電部の電圧に基づいて、各蓄電モジュールの蓄電部を配線106に電気的に接続させる順番を決定する。その後、システム制御部140は、決定された順番に従って各蓄電モジュールの蓄電部を配線106に電気的に接続させる。なお、新しい蓄電モジュール110の蓄電部と配線106とが電気的に接続されている場合、システム制御部140は、まず、新しい蓄電モジュール110の蓄電部と配線106とを電気的に切断してもよい。その後、各蓄電モジュールの蓄電部の電圧に基づいて、各蓄電モジュールの蓄電部を配線106に電気的に接続させる順番を決定し、決定された順番に従って各蓄電モジュールの蓄電部を配線106に電気的に接続させてもよい。
[蓄電システム100の応用例]
上述のとおり、本実施形態に係る蓄電システム100によれば、負荷装置12又は充電装置14に対して並列に接続された蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120の少なくとも一方を、両蓄電モジュール間の電圧差を気にすることなく、任意のタイミングで、実装したり、交換したりすることができる。ここで、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120の電圧差は、両蓄電モジュールの充電状態又は放電状態の違いだけでなく、両蓄電モジュールの電池特性の違いによっても生じ得る。蓄電モジュールの電池特性は、上述の蓄電部の電池特性と同様であってもよい。蓄電モジュールの電池特性は、蓄電部の電池特性として例示された特性の少なくとも1つであってもよい。
上述のとおり、本実施形態に係る蓄電システム100によれば、負荷装置12又は充電装置14に対して並列に接続された蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120の少なくとも一方を、両蓄電モジュール間の電圧差を気にすることなく、任意のタイミングで、実装したり、交換したりすることができる。ここで、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120の電圧差は、両蓄電モジュールの充電状態又は放電状態の違いだけでなく、両蓄電モジュールの電池特性の違いによっても生じ得る。蓄電モジュールの電池特性は、上述の蓄電部の電池特性と同様であってもよい。蓄電モジュールの電池特性は、蓄電部の電池特性として例示された特性の少なくとも1つであってもよい。
そのため、本実施形態に係る蓄電システム100によれば、蓄電モジュール110の電池特性と、蓄電モジュール120の電池特性とが異なる場合であっても、蓄電モジュール110又は蓄電モジュール120の劣化又は破損を防止しながら、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120を、負荷装置12又は充電装置14に対して並列に接続することができる。なお、本実施形態に係る蓄電システム100において、蓄電モジュール110の電池特性と、蓄電モジュール120の電池特性とは、同一であってもよく、異なってもよい。蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120が二次電池を含む場合、蓄電モジュール110の蓄電部を構成する二次電池の電池特性と、蓄電モジュール120の蓄電部を構成する二次電池の電池特性とは、同一であってもよく、異なってもよい。
また、蓄電システム100と同様の構成により、互いに電池特性の異なる複数の電力供給モジュールを並列に接続可能な電力供給システムを構築してもよい。これにより、各電力供給モジュールの劣化又は破損を抑制しながら、任意のタイミングで、各電力供給モジュールを実装したり、交換したりすることができる。蓄電システム100と同様の構成を採用することは、電力供給システムが、2つの端子により、外部の充電装置又は負荷装置と電気的に接続されるシステムである場合に、特に有用である。
電力供給モジュールは、他の機器に電力を供給する電力供給装置の一例であってよい。蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120は、電力供給モジュールの一例であってよい。蓄電システム100は、複数の電力供給装置が並列接続可能に構成された電力供給システムの一例であってよい。蓄電部及び二次電池は、電力供給装置の電力供給源となる電力供給部の一例であってよい。
電力供給装置の電池特性は、(i)電力供給部の劣化状態、(ii)電力供給部の種類、(iii)容量及びSOCのバランス状態などの要因により変動する。一実施形態によれば、互いに劣化状態の異なる複数の電力供給装置を並列に接続可能な電力供給システムが提供される。上記の電力供給システムの詳細については後述するが、当該実施形態によれば、例えば、電力供給モジュールの二次利用品(中古品、再利用品などと称される場合もある。)を利用して、電力供給システムを構築することができる。
他の実施形態によれば、互いに種類の異なる複数の電力供給装置を並列に接続可能な電力供給システムが提供される。これにより、単一の種類の電力供給装置を組み合わせて電力供給システムを構築した場合と比較して、寿命、信頼性、充電性能、放電性能、エネルギー効率、温度特性、及び、経済性の少なくとも1つに優れた電力供給システムを構築することができる。上記の電力供給システムの詳細については後述する。
本実施形態に係る蓄電システム100においては、蓄電システム100を構成する複数の電力供給モジュールが、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120である場合について説明した。しかしながら、蓄電システム100を構成する複数の電力供給モジュールは、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、複数の電力供給モジュールの少なくとも1つが、一次電池を含んでもよく、燃料電池を含んでもよい。他の実施形態において、複数の電力供給モジュールの少なくとも1つが、一次電池又は燃料電池を含み、且つ、複数の電力供給モジュールの少なくとも1つが、二次電池を含んでもよい。蓄電部、一次電池及び燃料電池は、電力供給部の一例であってよい。
これらの場合において、一次電池又は燃料電池を含む電力供給モジュールは、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120と同様の構成により、システム制御部140からの制御信号又はユーザの操作に基づいて、当該電力供給モジュールの一次電池又は燃料電池と、配線106との間の接続関係を切り替えてよい。例えば、電力供給モジュールは、システム制御部140から、放電動作が検出されたことを示す信号を受信した場合に、当該電力供給モジュールの一次電池又は燃料電池と、配線106とを電気的に接続する。一方、電力供給モジュールは、システム制御部140から、充電動作が検出されたことを示す信号を受信した場合に、当該電力供給モジュールの一次電池又は燃料電池と、配線106との間の電気的な接続関係を切断する。これにより、一次電池又は燃料電池の破損又は劣化を防止することができる。
[蓄電システム100の第1の応用例]
一実施形態において、蓄電システム100は、複数の電力供給装置を備える。複数の電力供給装置は、電力供給部の劣化状態が互いに異なる2つの電力供給装置を含んでよい。複数の電力供給装置は、負荷装置12又は充電装置14に対して並列に接続されてよい。蓄電システム100は、2つの端子により、負荷装置12又は充電装置14と電気的に接続されてよい。複数の電力供給装置の少なくとも1つは、蓄電システム100の筐体に着脱自在に保持されてよい。これにより、各電力供給装置を、個別に交換することができる。蓄電システム100は、少なくとも1つの蓄電モジュールを備えてよい。
一実施形態において、蓄電システム100は、複数の電力供給装置を備える。複数の電力供給装置は、電力供給部の劣化状態が互いに異なる2つの電力供給装置を含んでよい。複数の電力供給装置は、負荷装置12又は充電装置14に対して並列に接続されてよい。蓄電システム100は、2つの端子により、負荷装置12又は充電装置14と電気的に接続されてよい。複数の電力供給装置の少なくとも1つは、蓄電システム100の筐体に着脱自在に保持されてよい。これにより、各電力供給装置を、個別に交換することができる。蓄電システム100は、少なくとも1つの蓄電モジュールを備えてよい。
劣化状態の異なる電力供給装置としては、使用履歴の異なる電力供給装置を例示することができる。例えば、蓄電システム100は、新品の電力供給装置と、二次利用品の電力供給装置とを有する。蓄電システム100は、使用履歴の異なる複数の二次利用品を有してもよい。
近年、(i)電気自動車、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)などの動力源、(ii)再生可能エネルギーの出力安定化装置、(iii)スマートグリッド用の蓄電装置、(iv)電力料金が安い時間帯に電力を蓄電するための蓄電装置、(v)充電ステーションのように、一時的に大きな電流を必要とする用途向けの蓄電装置などの用途において、蓄電池の需要が急速に高まっている。また、更新時期を迎えた蓄電池の数も増加している。
ここで、蓄電池に要求される性能は、用途によって異なる。そのため、特定の用途に利用されている蓄電池が劣化して、当該用途における要求性能を満たさなくなった場合であっても、当該蓄電池を他の用途に転用することで、当該蓄電池を再利用することができる場合がある。また、蓄電池の性能が向上した結果、蓄電池を組み込んだ製品の寿命よりも、当該蓄電池の寿命の方が長くなる場合もある。このような場合にも、蓄電池を破棄するのではなく、再利用することが望ましい。
蓄電池を再利用する場合、蓄電池ごとに劣化状態が異なる。そのため、従来は、蓄電池を再利用する前に、当該蓄電池の電池特性が検査されていた。また、検査結果に基づいて、電池特性が特定の条件を満足する蓄電池同士を組み合わせることにより、電力供給システムが構築されていた。しかしながら、電池特性を検査するためには、蓄電池を満充電させた後、当該蓄電池を放電させる必要があり、手間と時間とを要する。
これに対して、本実施形態よれば、互いに劣化状態の異なる複数の電力供給装置が並列に接続された蓄電システム100を容易に構築することができる。また、蓄電システム100を運用しながら、各電力供給装置を個別に実装したり、取り外したりすることもできる。さらに、再利用される電力供給装置を蓄電システム100に組み込む前に、当該電力供給装置の検査の少なくとも一部を省略することができる。
本実施形態によれば、各電力供給装置は、システム制御部140からの制御信号又はユーザの操作に基づいて、各電力供給装置の電力供給部と配線106との接続関係を切り替えることができる。これにより、再利用される電力供給装置の電池特性を事前に検査していない場合であっても、蓄電システム100を安全に運用することができる。また、蓄電システム100を運用しながら、当該電力供給装置の電池特性を調べることができる。そして、電力供給装置の電池特性が不十分である場合には、当該電力供給装置を容易に交換することができる。
[蓄電システム100の第2の応用例]
他の実施形態において、蓄電システム100は、複数の電力供給装置を備える。複数の電力供給措置は、電力供給部の種類が互いに異なる2つの電力供給装置を含んでよい。複数の電力供給装置は、負荷装置12又は充電装置14に対して並列に接続されてよい。蓄電システム100は、2つの端子により、負荷装置12又は充電装置14と電気的に接続されてよい。複数の電力供給装置の少なくとも1つは、蓄電システム100の筐体に着脱自在に保持されてよい。これにより、各電力供給装置を、個別に交換することができる。蓄電システム100は、少なくとも1つの蓄電モジュールを備えてよい。
他の実施形態において、蓄電システム100は、複数の電力供給装置を備える。複数の電力供給措置は、電力供給部の種類が互いに異なる2つの電力供給装置を含んでよい。複数の電力供給装置は、負荷装置12又は充電装置14に対して並列に接続されてよい。蓄電システム100は、2つの端子により、負荷装置12又は充電装置14と電気的に接続されてよい。複数の電力供給装置の少なくとも1つは、蓄電システム100の筐体に着脱自在に保持されてよい。これにより、各電力供給装置を、個別に交換することができる。蓄電システム100は、少なくとも1つの蓄電モジュールを備えてよい。
電力供給部の種類としては、一次電池、二次電池、燃料電池などを例示することができる。二次電池の種類としては、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウム硫黄電池、ナトリウム硫黄電池、鉛電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、レドックスフロー電池、金属空気電池などを例示することができる。リチウムイオン電池の種類は、特に限定されない。リチウムイオン電池の種類としては、リン酸鉄系、マンガン系、コバルト系、ニッケル系、三元系などを例示することができる。
2つの電力供給装置の間で、各電力供給装置に含まれる電力供給部の種類が異なる場合、当該2つの電力供給装置の定格電圧の差が予め定められた値を超える場合がある。また、2つの電力供給装置の充電特性及び放電特性の少なくとも一方の差が、予め定められた条件を満足しない場合がある。従来は、特定の条件に合致する電力供給装置を見つけて、それらを組み合わせることにより、電力供給システムが構築されていた。そのため、そもそも、このような2つの電力供給装置を並列に接続しようという発想が存在しなかった。
これに対して、本実施形態によれば、互いに種類の異なる複数の電力供給装置が並列に接続された蓄電システム100を容易に構築することができる。また、蓄電システム100を運用しながら、各電力供給装置を個別に実装したり、取り外したりすることもできる。さらに、電力供給装置に含まれる電力供給部の種類によっては、蓄電システム100の充電動作時に、当該電力供給部と、負荷装置12又は充電装置14との電気的な接続関係を切断することができる。
本実施形態によれば、各電力供給装置は、システム制御部140からの制御信号又はユーザの操作に基づいて、各電力供給装置の電力供給部と配線106との接続関係を切り替えることができる。これにより、蓄電システム100に含まれる2つの電力供給装置の定格電圧の差が予め定められた値を超える場合、又は、当該2つの電力供給装置の充電特性及び放電特性の少なくとも一方の差が、予め定められた条件を満足しない場合であっても、蓄電システム100を安全に運用することができる。
また、本実施形態によれば、単一の種類の電力供給装置を組み合わせて電力供給システムを構築した場合と比較して、寿命、信頼性、充電性能、放電性能、エネルギー効率、温度特性、及び、経済性の少なくとも1つに優れた電力供給システムを構築することができる。例えば、(i)比較的広い温度範囲で動作するものの、充放電のエネルギー効率が比較的低い鉛電池を含む電力供給モジュールと、(ii)充放電のエネルギー効率が高いものの、低温領域及び高温領域での動作に課題を有するリチウムイオン電池を含む電力供給モジュールとを組み合わせることで、広い温度範囲で動作しつつ、エネルギー効率の高い電力供給システムを構築することができる。
図2は、蓄電モジュール110のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、蓄電モジュール110は、正極端子212及び負極端子214を有する蓄電部210と、切替部230と、モジュール制御部240と、保護部250と、バランス補正部260とを備える。また、本実施形態において、蓄電部210は、蓄電セル222と、蓄電セル224とを備える。切替部230は、スイッチング素子の一例であってよい。モジュール制御部240は、制御部の一例であってよい。モジュール制御部240は、制御装置の一例であってよい。モジュール制御部240は、電池特性取得部の一例であってよい。モジュール制御部240は、出力部の一例であってよい。
蓄電部210のインピーダンスは、1Ω以下であってもよく、100mΩ以下であってもよい。蓄電部210のインピーダンスは、10mΩ以下であってもよく、1mΩ以下であってもよく、0.8mΩ以下であってもよく、0.5mΩ以下であってもよい。蓄電部210のインピーダンスは、0.1mΩ以上であってよい。蓄電部210のインピーダンスは、0.1mΩ以上1Ω以下であってもよく、0.1mΩ以上100mΩ以下であってもよく、0.1mΩ以上10mΩ以下であってもよく、0.1mΩ以上1mΩ以下であってもよい。
本実施形態に係る蓄電システム100によれば、例えば、並列に接続された複数の蓄電モジュールのうちの1つを交換する場合に、蓄電システムに新たに追加する蓄電モジュールの電圧と、残りの他の蓄電モジュールの電圧とを高い精度で一致させなくてもよい。そのため、蓄電部210のインピーダンスが小さい場合であっても、蓄電モジュール110を容易かつ迅速に交換することができる。
本実施形態において、蓄電セル222及び蓄電セル224は直列に接続される。蓄電セル222及び蓄電セル224は、二次電池またはキャパシタであってよい。蓄電セル222及び蓄電セル224の少なくとも一方は、リチウムイオン電池であってよい。蓄電セル222及び蓄電セル224の少なくとも一方は、当該蓄電セルの内部に、さらに直列、並列又はマトリクス状に接続された複数の蓄電セルを含んでもよい。
本実施形態において、蓄電部210の正極端子212が、蓄電モジュール110の正極端子112及び切替部230を介して、配線106と電気的に接続される。一方、蓄電部210の負極端子214は、蓄電モジュール110の負極端子114を介して、配線106と電気的に接続される。しかしながら、蓄電モジュール110は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、蓄電部210の負極端子214が、蓄電モジュール110の負極端子114及び切替部230を介して、配線106と電気的に接続される。一方、蓄電部210の正極端子212は、蓄電モジュール110の正極端子112を介して、配線106と電気的に接続される。
切替部230は、配線106及び蓄電部210の間に配される。本実施形態において、切替部230は、モジュール制御部240が生成した信号に基づいて、配線106及び蓄電部210の接続状態を切り替える。これにより、蓄電部210を配線106に電気的に接続させたり、蓄電部210を配線106から電気的に切断したりすることができる。蓄電モジュール110を蓄電システム100に実装する場合、蓄電モジュール110は、切替部230により、蓄電部210と配線106とが電気的に切断された状態で、蓄電システム100に装着されてよい。これにより、蓄電モジュール110の破損又は劣化を防止することができる。
切替部230は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。切替部230は、アナログ回路、デジタル回路、又は、アナログ回路及びデジタル回路の組み合わせにより実現されてもよい。切替部230は、1以上の素子を有してよい。切替部230は、1以上のスイッチング素子を有してもよい。1以上のスイッチング素子のそれぞれは、正極端子112及び正極端子212の間、又は、負極端子114及び負極端子214の間に配されてよい。スイッチング素子としては、リレー、サイリスタ、トランジスタなどを例示することができる。サイリスタは、双方向性サイリスタ(トライアックと称される場合がある。)であってもよい。トランジスタは、半導体トランジスタであってもよい。半導体トランジスタは、バイポーラトランジスタであってもよく、電界効果トランジスタであってもよい。電界効果トランジスタは、MOSFETであってもよい。
モジュール制御部240は、蓄電モジュール110の蓄電部210と、配線106との間に流れる電流を制御する。本実施形態において、モジュール制御部240は、切替部230の端子間電圧(本実施形態においては、正極端子112及び正極端子212の間の電圧である。)が予め定められた条件を満足する場合に、切替部230が蓄電部210及び配線106を電気的に接続するように、切替部230を制御する。切替部230は、蓄電部210及び正極端子112を電気的に接続することで、蓄電部210及び配線106を電気的に接続してよい。
一方、切替部230の端子間電圧が予め定められた条件を満足しない場合には、切替部230が蓄電部210及び配線106又は正極端子112を電気的に切断するように、切替部230を制御する。切替部230は、蓄電部210及び正極端子112を電気的に切断することで、蓄電部210及び配線106を電気的に切断してよい。
予め定められた条件は、切替部230の端子間電圧の絶対値が、予め定められた範囲内であるという条件であってよい。予め定められた範囲は、3V以下であってもよく、1V以下であってもよく、0.1V以下であってもよく、10mV以下であってもよく、1mV以下であってもよい。また、予め定められた範囲は、0.5mV以上であってもよく、1mV以上であってもよい。予め定められた範囲は、0.5mV以上3V以下であってもよい。予め定められた範囲は、1mV以上3V以下であってもよく、1mV以上1V以下であってもよく、1mV以上0.1V以下であってもよく、1mV以上10mV以下であってもよく、10mV以上1V以下であってもよく、10mV以上0.1V以下であってもよく、0.1V以上1V以下であってもよい。なお、切替部230の端子間電圧は、正極端子112及び正極端子212の間の電圧であってもよく、配線106及び蓄電部210の間の電圧であってもよい。
予め定められた範囲は、蓄電部210のインピーダンスに基づいて、設定されてもよい。予め定められた範囲は、蓄電部210の定格電流又は許容電流に基づいて、設定されてよい。予め定められた範囲は、蓄電部210のインピーダンスと、蓄電部210の定格電流又は許容電流とに基づいて、設定されてよい。予め定められた範囲は、蓄電モジュール110を構成する素子のうち、定格電流又は許容電流が最も小さな素子の定格電流又は許容電流に基づいて、設定されてよい。予め定められた範囲は、蓄電モジュール110のインピーダンスと、蓄電モジュール110を構成する素子のうち、定格電流又は許容電流が最も小さな素子の定格電流又は許容電流に基づいて、設定されてよい。
これにより、蓄電モジュールを交換する場合に、新たに実装された蓄電モジュールと、既に実装されていた蓄電モジュールとの電圧差が予め定められた範囲内になるまで、配線106と、新たに実装された蓄電モジュールの蓄電部210とが電気的に切断された状態を維持することができる。そして、既に実装されていた蓄電モジュールの充電又は放電により、新たに実装された蓄電モジュールと、既に実装されていた蓄電モジュールとの電圧差が予め定められた範囲内になると、新たに実装された蓄電モジュールの蓄電部が配線106に電気的に接続される。このように、本実施形態によれば、新たに実装された蓄電モジュールと、他の蓄電モジュールとを、自動的に接続することができる。
本実施形態において、モジュール制御部240は、システム制御部140から、蓄電モジュール110の端子間電圧が、他の蓄電モジュールの端子間電圧よりも小さいことを示す信号を受信する。モジュール制御部240は、蓄電システム100が充電状態に移行するときに上記の信号を受信すると、切替部230が蓄電部210及び配線106を電気的に接続するように、切替部230を制御する。これにより、並列に接続された複数の蓄電モジュール110を効率よく充電することができる。
本実施形態において、モジュール制御部240は、システム制御部140から、蓄電モジュール110の端子間電圧が、他の蓄電モジュールの端子間電圧よりも大きいことを示す信号を受信する。モジュール制御部240は、蓄電システム100が放電状態に移行するときに上記の信号を受信すると、切替部230が蓄電部210及び配線106を電気的に接続するように、切替部230を制御する。これにより、並列に接続された複数の蓄電モジュール110を効率よく放電することができる。
本実施形態において、モジュール制御部240は、保護部250から、蓄電セル222又は蓄電セル224の端子間電圧が予め定められた範囲内にないことを示す信号を受信する。モジュール制御部240は、当該信号を受信すると、切替部230が蓄電部210及び配線106を電気的に切断するように、切替部230を制御する。これにより、過充電又は過放電による蓄電部210の劣化又は損傷を抑制することができる。
本実施形態において、モジュール制御部240は、ユーザの操作を受け付けて、ユーザから、切替部230をオン動作又はオフ動作させる旨の指示を受け取る。モジュール制御部240は、ユーザの指示を受け取ると、当該指示に従って、切替部230を制御する。
本実施形態において、モジュール制御部240は、蓄電部210の電池特性に関する情報を取得してよい。モジュール制御部240は、蓄電部210の電池特性に関する情報を、外部の機器に出力してよい。これにより、外部の機器は、蓄電部210の電池特性に関する情報を利用することができる。外部の機器としては、負荷装置12、充電装置14などを例示することができる。外部の機器は、ユーザに情報を出力する出力装置であってもよい。
モジュール制御部240は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよい。また、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。一実施形態において、モジュール制御部240は、アナログ回路、デジタル回路、又は、アナログ回路及びデジタル回路の組み合わせにより実現されてもよい。他の実施形態において、モジュール制御部240は、CPU、ROM、RAM、通信インターフェース等を有するデータ処理装置等を備えた一般的な情報処理装置において、モジュール制御部240を制御するためのプログラムが実行されることにより実現されてよい。
コンピュータにインストールされ、コンピュータを本実施形態に係るモジュール制御部240の一部として機能させるプログラムは、モジュール制御部240の各部の動作を規定したモジュールを備えてよい。これらのプログラム又はモジュールは、CPU等に働きかけて、コンピュータを、モジュール制御部240の各部としてそれぞれ機能させる。
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータに読込まれることにより、ソフトウエアと上述した各種のハードウエア資源とが協働した具体的手段として機能する。これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータの使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の装置を構築することができる。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体は、非一時なコンピュータ可読媒体であってよい。
保護部250は、蓄電部210を保護する。本実施形態において、保護部250は、蓄電部210を過充電及び過放電から保護する。保護部250は、蓄電セル222又は蓄電セル224の端子間電圧が予め定められた範囲内にないことを検出すると、その旨を示す信号をモジュール制御部240に送信する。保護部250は、蓄電部210の端子間電圧に関する情報をシステム制御部140に送信してよい。保護部250は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。保護部250は、アナログ回路、デジタル回路、又は、アナログ回路及びデジタル回路の組み合わせにより実現されてもよい。
バランス補正部260は、複数の蓄電セルの電圧を均等化する。バランス補正部260の動作原理は特に限定されるものではなく、任意のバランス補正装置を利用することができる。蓄電部210が3以上の蓄電セルを有する場合、蓄電モジュール110は、複数のバランス補正部260を有してよい。例えば、蓄電部210がn個(nは、2以上の整数である。)の蓄電セルを有する場合、蓄電モジュール110は、n-1個のバランス補正部260を有する。
バランス補正部260は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。バランス補正部260は、アナログ回路、デジタル回路、又は、アナログ回路及びデジタル回路の組み合わせにより実現されてもよい。一実施形態において、バランス補正部260は、アクティブ方式のバランス補正装置である。アクティブ方式のバランス補正部は、特開2006-067742号公報に記載されているような、2つの蓄電セルの間でインダクタを介して電荷を移動させるバランス補正部であってもよく、特開2012-210109号公報に記載されているような、キャパシタを用いて電荷を移動させるバランス補正部であってもよい。他の実施形態において、バランス補正部260は、パッシブ方式のバランス補正装置であってもよい。パッシブ方式のバランス補正装置は、例えば、外部抵抗を用いて余計な電荷を放出する。
本実施形態において、蓄電部210が直列に接続された2つの蓄電セルを有する場合について説明した。しかしながら、蓄電部210は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、蓄電部210は、直列に接続された3以上の蓄電セルを有してもよい。また、蓄電部210は、並列に接続された複数の蓄電セルを有してもよく、マトリクス状に接続された複数のセルを有してもよい。
図3は、モジュール制御部240のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、モジュール制御部240は、判定部310と、受信部320と、信号生成部330とを備える。モジュール制御部240は、モジュール情報取得部340と、モジュール情報格納部350と、モジュール情報送信部360とを備えてもよい。受信部320は、第1信号受信部、第2信号受信部及び第3信号受信部の一例であってよい。モジュール情報取得部340は、電池特性取得部の一例であってよい。モジュール情報送信部360は、出力部の一例であってよい。
本実施形態においては、モジュール制御部240が、モジュール情報取得部340、モジュール情報格納部350及びモジュール情報送信部360を備える場合について説明する。しかしながら、蓄電システム100は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、システム制御部140が、モジュール情報取得部340、モジュール情報格納部350及びモジュール情報送信部360の少なくとも1つを備えてもよい。
判定部310は、切替部230の端子間電圧が予め定められた範囲内であるか否かを判定する。判定部310は、判定結果を示す信号を信号生成部330に送信する。判定部310は、任意の比較器又は比較回路であってもよい。判定部310は、ウインドコンパレータであってもよい。
受信部320は、システム制御部140からの信号、保護部250からの信号、及び、ユーザからの指示の少なくとも1つを受け取る。受信部320は、受け取った情報に対応する信号を信号生成部330に送信する。
信号生成部330は、判定部310及び受信部320の少なくとも一方から信号を受け取る。信号生成部330は、受け取った情報に基づいて、切替部230を制御するための信号を生成する。信号生成部330は、生成された信号を切替部230に送信する。
一実施形態において、信号生成部330は、判定部310が、切替部230の端子間電圧が予め定められた範囲内であると判定した場合に、切替部230のスイッチング素子をオン動作させるための信号を生成する。他の実施形態において、信号生成部330は、判定部310が、切替部230の端子間電圧が予め定められた範囲内でないと判定した場合に、切替部230のスイッチング素子をオフ動作させるための信号を生成する。
信号生成部330は、判定部310が、切替部230の端子間電圧が予め定められた範囲内であるか否かを判定してから、予め定められた時間が経過した後、信号を生成又は送信してよい。これにより、ノイズなどによる誤作動を防止することができる。また、蓄電モジュール110が蓄電システム100に装着された直後に、蓄電部210及び配線106が電気的に接続されることを防止することができる。
本実施形態において、信号生成部330は、受信部320が受信した信号に基づいて、切替部230のスイッチング素子を制御するための信号を生成する。一実施形態において、受信部320が、システム制御部140から、切替部230のスイッチング素子をオン動作させるための信号を受信した場合、信号生成部330は、切替部230のスイッチング素子をオン動作させるための信号を生成する。
他の実施形態において、受信部320が、保護部250から、切替部230のスイッチング素子をオフ動作させるための信号を受信した場合、信号生成部330は、切替部230のスイッチング素子をオフ動作させるための信号を生成する。さらに他の実施形態において、受信部320が、ユーザの指示を受け付けた場合、信号生成部330は、切替部230のスイッチング素子をユーザの指示どおりに動作させるための信号を生成する。
本実施形態において、モジュール情報取得部340は、蓄電部210の電池特性に関する情報を取得する。モジュール情報取得部340は、蓄電部210の電池特性を測定することにより、蓄電部210の電池特性に関する情報を取得してもよい。モジュール情報取得部340は、出荷時、検査時又は販売時に、製造者、販売者などにより入力された、蓄電部210の電池特性に関する情報を取得してもよい。
モジュール情報取得部340は、蓄電部210の電池特性に関する情報を、モジュール情報格納部350に格納してよい。モジュール情報取得部340の具体的な構成は特に限定されるものではないが、モジュール情報取得部340は、モジュール情報格納部350におけるデータの読み込み及び書き込みを制御するコントローラであってもよい。本実施形態において、モジュール情報格納部350は、モジュール情報取得部340が取得した、蓄電部210の電池特性に関する情報を格納する。
本実施形態において、モジュール情報送信部360は、モジュール情報取得部340が取得した、蓄電部210の電池特性に関する情報を、システム制御部140に送信する。モジュール情報送信部360は、モジュール情報取得部340が取得した、蓄電部210の電池特性に関する情報を、外部の機器に送信してもよい。モジュール情報送信部360は、外部の機器からの要求に応じて、蓄電部210の電池特性に関する情報を送信してもよく、予め定められたタイミングにおいて、蓄電部210の電池特性に関する情報を送信してもよい。モジュール情報送信部360は、モジュール情報格納部350を参照して、蓄電部210の電池特性に関する情報を、システム制御部140又は外部の機器に送信してもよい。
図4は、システム制御部140のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、システム制御部140は、状態管理部410と、モジュール選択部420と、信号生成部430とを備える。状態管理部410は、電池特性取得部の一例であってよい。状態管理部410は、出力部の一例であってもよい。
本実施形態において、状態管理部410は、蓄電システム100の状態を管理する。状態管理部410は、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120の状態を管理してよい。状態管理部410は、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれの状態を監視してよい。状態管理部410は、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120を監視して、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120のそれぞれの電池特性に関する情報を取得してもよい。状態管理部410は、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120を監視して得られた情報を、外部の機器に送信してもよい。
状態管理部410は、蓄電システム100を運用しながら、各蓄電モジュールの電池特性を測定してよい。状態管理部410は、蓄電モジュールの電池特性が予め定められた条件を満足しない場合、当該蓄電モジュールの性能が不十分であることを示す情報を、ユーザに情報を出力する出力装置に出力してよい。状態管理部410は、蓄電モジュールの識別情報と、当該蓄電モジュールの性能が不十分であることを示す情報を出力してもよい。
これにより、ユーザは、性能が不十分である蓄電モジュールを容易に判別し、当該蓄電モジュールを交換することができる。本実施形態によれば、例えば、蓄電モジュールの再利用品を利用して蓄電システム100を構築する場合において、再利用される蓄電モジュールの検査の少なくとも一部を省略することができる。
一実施形態において、モジュール選択部420は、蓄電システム100が充電状態に移行するときに、蓄電システム100に含まれる複数の蓄電モジュールのうち、端子間電圧が最も小さい蓄電モジュールを選択する。例えば、モジュール選択部420は、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120端子間電圧を比較して、端子間電圧が小さな方の蓄電モジュールを選択する。モジュール選択部420は、選択された蓄電モジュールを示す信号を信号生成部430に送信する。
他の実施形態において、モジュール選択部420は、蓄電システム100が放電状態に移行するときに、蓄電システム100に含まれる複数の蓄電モジュールのうち、端子間電圧が最も大きい蓄電モジュールを選択する。例えば、モジュール選択部420は、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール120端子間電圧を比較して、端子間電圧が大きな方の蓄電モジュールを選択する。モジュール選択部420は、選択された蓄電モジュールを示す信号を信号生成部430に送信する。
本実施形態において、信号生成部430は、モジュール選択部420が選択した蓄電モジュールに対して、当該蓄電モジュールの切替部230のスイッチング素子をオン動作させるための信号を生成する。信号生成部430は、生成された信号をモジュール制御部240に送信する。他の実施形態において、信号生成部430は、モジュール選択部420が選択した蓄電モジュールに対して、当該蓄電モジュールの切替部230のスイッチング素子をオフ動作させるための信号を生成してもよい。
図5は、蓄電モジュール110の回路構成の一例を概略的に示す。なお、説明を簡単にする目的で、図5において、保護部250及び保護部250に関連する配線については図示していない。
本実施形態において、切替部230は、トランジスタ510と、抵抗512と、抵抗514と、ダイオード516と、トランジスタ520と、抵抗522と、抵抗524と、ダイオード526とを備える。トランジスタ510及びトランジスタ520は、スイッチング素子の一例であってよい。本実施形態においては、切替部230のスイッチング素子として、トランジスタ510及びトランジスタ520を用いる場合について説明する。しかしながら、切替部230のスイッチング素子は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、切替部230のスイッチング素子として、単一のスイッチング素子が用いられてもよい。
本実施形態において、モジュール制御部240は、判定部310と、信号生成部330と、スイッチ592及びスイッチ594とを備える。本実施形態において、判定部310は、トランジスタ530と、抵抗532と、トランジスタ540と、抵抗542と、抵抗552と、抵抗554とを備える。信号生成部330は、トランジスタ560と、キャパシタ570と、抵抗572と、トランジスタ580とを備える。スイッチ592及びスイッチ594は、受信部320の一例であってよい。
次に、切替部230及びモジュール制御部240の各部の詳細について説明する。本実施形態の切替部230において、トランジスタ510はMOSFETであり、トランジスタ510がオフの場合であっても、トランジスタ510のソース・ドレイン間に等価的に形成される寄生ダイオード(図示していない。)により、正極端子212から正極端子112に向かって電流が流れ得る。同様に、トランジスタ520はMOSFETであり、トランジスタ520がオフの場合であっても、トランジスタ520のソース・ドレイン間に等価的に形成される寄生ダイオード(図示していない。)により、正極端子112から正極端子212に向かって電流が流れ得る。
本実施形態において、トランジスタ510及びトランジスタ520は、初期設定ではオフに設定される。蓄電システム100の充電時にトランジスタ580がオン動作すると、抵抗512、抵抗514及びトランジスタ580を介して、正極端子112から負極端子114に向かって電流が流れる。その結果、トランジスタ510のゲートに電圧が印加され、トランジスタ510がオン動作する。これにより、トランジスタ520のソース・ドレイン間に等価的に形成される寄生ダイオードを介して、正極端子112から正極端子212に向かって電流を流すことができる。
一方、蓄電システム100の放電時にトランジスタ580がオン動作すると、抵抗522、抵抗524及びトランジスタ580を介して、正極端子212から負極端子214に向かって電流が流れる。その結果、トランジスタ520のゲートに電圧が印加され、トランジスタ520がオン動作する。これにより、トランジスタ510のソース・ドレイン間に等価的に形成される寄生ダイオードを介して、正極端子212から正極端子112に向かって電流を流すことができる。
トランジスタ580がオン動作することに伴い、トランジスタ510又はトランジスタ520のゲートに印加される電圧は、切替部230のスイッチング素子をオン動作させるための信号の一例であってよい。同様に、トランジスタ580がオフ動作することに伴い、トランジスタ510又はトランジスタ520のゲートに印加される電圧は、切替部230のスイッチング素子をオフ動作させるための信号の一例であってよい。
本実施形態において、抵抗512及び抵抗514の値は、トランジスタ510を省電力で確実にオン/オフできるように設定される。また、抵抗522及び抵抗524の値は、トランジスタ520を省電力で確実にオン/オフできるように設定される。
本実施形態において、抵抗514と、抵抗524との間に、ダイオード516が配される。ダイオード516は、抵抗514から抵抗524に向かう方向には電流を通過させるが、抵抗524から抵抗514に向かう方向には電流を通過させない。ダイオード516を設けることで、切替部230が、正極端子112と、正極端子212とを電気的に切断しているときに、抵抗522、抵抗524、抵抗514及び抵抗512のルートを通って、正極端子212から正極端子112に電流が漏れることを防止することができる。
本実施形態において、抵抗514と、抵抗524との間に、ダイオード526が配される。ダイオード526は、抵抗524から抵抗514に向かう方向には電流を通過させるが、抵抗514から抵抗524に向かう方向には電流を通過させない。ダイオード526を設けることで、切替部230が、正極端子112と、正極端子212とを電気的に切断しているときに、抵抗512、抵抗514、抵抗524及び抵抗522のルートを通って、正極端子112から正極端子212に電流が漏れることを防止することができる。
本実施形態のモジュール制御部240において、判定部310のトランジスタ530及びトランジスタ540は、初期設定ではオフに設定される。また、信号生成部330のトランジスタ560及びトランジスタ580は、初期設定ではオフに設定される。
本実施形態によれば、抵抗532の値は、切替部230の端子間電圧が、正極端子112側をプラスとした予め定められた第1の値よりも小さい場合に、トランジスタ530がオン動作するように設定される。抵抗532の値は、切替部230がオフのときに漏れる電流が極小となるように設定されることが好ましい。また、抵抗542の値は、切替部230の端子間電圧が予め定められた第2の値よりも大きい場合に、トランジスタ540がオン動作するように設定される。抵抗542の値は、切替部230がオフのときに漏れる電流が極小となるように設定されることが好ましい。なお、本実施形態によれば、切替部230の端子間電圧は、正極端子112及び正極端子212の電圧差に等しい。
切替部230の端子間電圧が予め定められた第1の値よりも小さい場合、トランジスタ530がオン動作して、蓄電部210から、正極端子212、トランジスタ530及び抵抗552を介して、トランジスタ560のベースに電圧が印加され、トランジスタ560がオン動作する。トランジスタ580のベースには正極端子112からの電圧が印加されるものの、トランジスタ560がオン動作をしている間、トランジスタ580のオン動作が妨げられる。その結果、トランジスタ580はオフになる。
一方、切替部230の端子間電圧が予め定められた第2の値よりも大きい場合、トランジスタ540がオン動作して、正極端子112から、トランジスタ540及び抵抗554を介して、トランジスタ560のベースに電圧が印加され、トランジスタ560がオン動作する。その結果、トランジスタ580がオフになる。
本実施形態において、抵抗552の値は、トランジスタ530がオンのときにトランジスタ560をオンできる範囲で、消費電力を低減することができるように設定される。抵抗554の値は、トランジスタ540がオンのときにトランジスタ560をオンできる範囲で、消費電力を低減することができるように設定される。
キャパシタ570の容量は、トランジスタ580のベースに正極端子112からの電圧が印加されて、トランジスタ580がオン動作する前に、トランジスタ560がオン動作するように設定される。これにより、信号生成部330は、判定部310が、スイッチング素子の端子間電圧が予め定められた範囲内であるか否かを判定してから、予め定められた時間が経過した後、信号を生成することができる。
これに対して、切替部230の端子間電圧が、第1の値及び第2の値により定められる範囲内である場合、トランジスタ530及びトランジスタ540はオフのままであり、トランジスタ560もオフのままである。そのため、正極端子112から、抵抗572を介して、トランジスタ580のベースに電圧が印加され、トランジスタ580がオン動作する。
スイッチ592及びスイッチ594は、手動スイッチであってもよく、リレー、サイリスタ、トランジスタなどのスイッチング素子であってもよい。スイッチ592には、切替部230をオン動作させることを示す信号52が入力されてよい。スイッチ594には、切替部230をオフ動作させることを示す信号54が入力されてよい。
スイッチ592がオン動作すると、トランジスタ580のオン/オフに関わらず、切替部230をオン動作させることができる。スイッチ594がオン動作すると、トランジスタ560のオン/オフに関わらず、トランジスタ580をオフ動作させることができる。その結果、切替部230をオフ動作させることができる。
図6は、切替部630のシステム構成の一例を概略的に示す。切替部630は、トランジスタ510及びトランジスタ520と並列に接続されるリレー632を有する点で、図5に関連して説明された切替部230と相違する。その他の点については、切替部230と同様の構成を有してよい。本実施形態において、トランジスタ510及びトランジスタ520は、半導体トランジスタであってよい。トランジスタ510及びトランジスタ520は、電界効果トランジスタ(FET)であってよい。
リレー回路は、当該回路がオンになっているときの抵抗が小さいという優れた特性を有するものの、応答速度が比較的遅い。そのため、例えば、負荷装置が、モーターなどのパルス性の電流パターンを有する装置であり、短時間で電圧が大きく変動する場合には、信号生成部330からの信号に追従してオン動作することが難しい。一方、半導体トランジスタは、リレー回路と比較して消費電力は大きいものの、応答性に優れる。本実施形態の切替部630によれば、半導体トランジスタを用いたトランジスタ510又はトランジスタ520と、リレー回路を用いたリレー632とが並列に接続される。
そのため、切替部230が、信号生成部330から切替部230をオン動作させるための信号を受信した場合に、まずは、トランジスタ510又はトランジスタ520が素早く応答して、切替部230をオン動作させる。その後、少し遅れて、リレー632がオン動作する。そして、リレー632がオンになると、抵抗の小さなリレー632が、トランジスタ510及びトランジスタ520に並列に接続されるので、合成抵抗が小さくなり、損失を低減することができる。
図7及び図8を用いて、蓄電モジュール710について説明する。図7は、蓄電モジュール710のシステム構成の一例を概略的に示す。図8は、切替部730のシステム構成の一例を概略的に示す。図8においては、トランジスタ510及びトランジスタ520の動作に関する理解を助ける目的で、トランジスタ510の寄生ダイオード842、及び、トランジスタ520の寄生ダイオード844を図示している。
蓄電モジュール710は、切替部230の代わりに切替部730を有する点と、保護部250からの信号が、モジュール制御部240ではなく切替部730に送信される点とにおいて、図2に関連して説明された蓄電モジュール110と相違する。その他の点については、蓄電モジュール110と同様の構成を有してよい。
本実施形態において、切替部730は、モジュール制御部240から、切替部730をオン動作又はオフ動作させるための信号を受信する。また、切替部730は、保護部250から、切替部730をオフ動作させるための信号を受信する。
本実施形態によれば、論理回路852に、切替部730のスイッチング素子をオン動作させるための信号82が入力されており、蓄電部210が過充電状態にあることを示す信号88が入力されていない場合に、トランジスタ510がオンになる。また、論理回路854に、切替部730のスイッチング素子をオン動作させるための信号82が入力されており、蓄電部210が過放電状態にあることを示す信号86が入力されていない場合に、トランジスタ520がオンになる。
図9は、蓄電システム900のシステム構成の一例を概略的に示す。蓄電システム900は、マトリクス状に接続された複数の蓄電モジュール110を備える点で、蓄電システム100と相違する。その他の点については、蓄電システム100と同様の構成を有してもよい。本実施形態においては、並列に接続された3つの蓄電モジュール110及びダイオード902からなる第1のブロックと、並列に接続された3つの蓄電モジュール110及びダイオード904からなる第2のブロックとが直列に接続されている。
本実施形態によれば、蓄電システム900の放電時には、特定のブロックに含まれる複数の蓄電モジュール110の全てが放電完了状態に到達するまで放電を続けた後、当該ブロックからの放電が停止する。本実施形態によれば、上記のブロックからの放電が停止した場合であっても、ダイオード902により電流をバイパスさせることができる。これにより、蓄電システム900による電力の供給を継続することができる。そのため、蓄電システム900が電力を放電している間に、出力電圧が段階的に低下する。
同様に、蓄電システム900の充電時には、特定のブロックに含まれる複数の蓄電モジュール110のうち、充電完了状態に到達した蓄電モジュール110から、順次、蓄電システム900との接続が切り離される。そして、最終的には、全ての蓄電モジュール110の充電が完了する。
本実施形態によれば、ダイオード902及びダイオード904が、接続端子104から接続端子102に向かう方向(放電方向と称する場合がある。)に電流を流すように設置されている。そのため、特定のブロックに含まれる全ての蓄電モジュール110の切替部230がオフになっても、電流を維持することができる。一方、一旦、特定のブロックに含まれる全ての蓄電モジュール110の切替部230がオフになると、その後の充電が困難になる。
そこで、本実施形態によれば、蓄電システム900を充電する場合、システム制御部140は、まず、各ブロックの端子間電圧を検出して、端子間電圧が0であるブロックの有無を調べる。端子間電圧が0であるブロックが発見された場合、システム制御部140は、当該ブロックに含まれる複数の蓄電モジュール110のうちの1つに対して、切替部230のスイッチング素子をオン動作させるための信号を送信する。システム制御部140は、上記のブロックに含まれる複数の蓄電モジュール110のうち、端子間電圧が最も小さい蓄電モジュール110に対して、切替部230のスイッチング素子をオン動作させるための信号を送信してよい。その後、システム制御部140は、蓄電システム900の充電を開始する。
本実施形態においては、ダイオード902及びダイオード904が放電方向に電流を流すように設置されている場合について説明した。しかしながら、蓄電システム900は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、ダイオード902及びダイオード904は、ゼナーダイオードであってよい。これにより、特定のブロックに含まれる全ての蓄電モジュール110の充電が完了して、当該ブロックに含まれる全ての蓄電モジュール110が蓄電システム900から切り離された場合であっても、蓄電システム900において、上記の特定のブロックと直列に接続されている他のブロックの充電を継続することができる。
この場合、蓄電システム900を放電する場合、システム制御部140は、放電を開始する前に、各グループの端子間電圧を検出して、端子間電圧が0であるグループの有無を調べてよい。その後、端子間電圧が0であるブロックに含まれる複数の蓄電モジュール110のうちの1つに対して、切替部230のスイッチング素子をオン動作させるための信号を送信してよい。
図10~図17を用いて、蓄電モジュール110の他の例について説明する。技術的に矛盾しない範囲において、蓄電モジュール110及びその各部について説明された事項が、蓄電モジュール110の他の例及びその各部に適用されてもよい。また、蓄電モジュール110の他の例及びその各部について説明された事項が、蓄電モジュール110及びその各部に適用されてもよい。図10~図17の説明において、蓄電モジュール110の各部について説明された事項については、説明を省略する場合がある。
図10は、蓄電モジュール1010のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、蓄電モジュール1010は、正極端子112と、負極端子114と、蓄電部210とを備える。蓄電モジュール1010は、切替部230を備えてよい。蓄電モジュール1010は、保護部250を備えてよい。蓄電モジュール1010は、バランス補正部260を備えてよい。本実施形態において、蓄電モジュール1010は、電流検出素子1020と、モジュール制御部1040とを備える。
蓄電モジュール1010は、制御装置及び制御システムの一例であってよい。モジュール制御部1040は、制御装置の一例であってよい。切替部230は、調整部、第1電流調整部及び第2電流調整部の一例であってよい。
本実施形態において、切替部230は、配線106と、蓄電部210との間に流れる電流を調整する。一実施形態において、切替部230は、配線106及び蓄電部210を電気的に接続したり、配線106及び蓄電部210を電気的に切断したりする。他の実施形態において、切替部230は、例えば、配線106及び蓄電部210の間の経路の抵抗値を変化させることにより、上記の電流を増加させたり、減少させたりする。
本実施形態において、切替部230の一端は、正極端子112及び電流検出素子1020を介して、配線106と電気的に接続される。切替部230の他端は、蓄電部210の正極端子212と電気的に接続される。切替部230の端子間電圧を示す情報は、配線106の電位又は配線106に印加された電圧(単に、配線106の電圧と称する場合がある。)と、蓄電部210の端子(例えば、正極端子212である。)の電位又は当該端子に印加された電圧(単に、蓄電部210の電圧、端子の電圧などと称する場合がある。)との差を示す情報として利用されてよい。
一実施形態において、切替部230は、少なくとも、配線106及び蓄電部210の間を、蓄電部210の正極端子212から正極端子112に向かう方向(放電方向と称する場合がある。)に流れる電流の大きさを調整する。他の実施形態において、切替部230は、少なくとも、配線106及び蓄電部210の間を、正極端子112から蓄電部210の正極端子212に向かう方向(充電方向と称する場合がある。)に流れる電流の大きさを調整する。さらに他の実施形態において、切替部230は、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流、及び、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整する。
本実施形態において、蓄電モジュール1010は、電流検出素子1020を備える点で、蓄電モジュール110と相違する。蓄電モジュール1010は、モジュール制御部240の代わりに、モジュール制御部1040を備える点で、蓄電モジュール110と相違する。上記の相違点以外の構成に関して、蓄電モジュール1010は、蓄電モジュール110の対応する構成と同様の特徴を有してよい。
本実施形態において、電流検出素子1020は、配線106と、蓄電部210との間を流れる電流を示す情報を取得するために用いられる。電流を示す情報としては、当該電流の有無、当該電流の大きさ、当該電流の方向などを例示することができる。本実施形態において、蓄電モジュール1010は、電流検出素子1020の端子間電圧を測定することで、配線106と、蓄電部210との間を流れる電流に関する情報を取得する。
本実施形態において、電流検出素子1020は、正極端子112と、切替部230との間に配される。より具体的には、電流検出素子1020の一端は、切替部230と電気的に接続される。電流検出素子1020の他端は、正極端子112を介して、配線106と電気的に接続される。なお、電流検出素子1020は、切替部230と、蓄電部210の正極端子212との間に配されてもよい。また、切替部230、又は、切替部230を構成する素子の一部が、電流検出素子1020として利用されてもよい。
電流検出素子1020は、任意の抵抗値を有する素子であればよく、その種類は特に限定されるものではない。例えば、電流検出素子1020は、蓄電部210の最大許容電流に応じた適切な抵抗値を有する。電流検出素子1020としては、抵抗、ホールセンサなどを例示することができる。適切な抵抗値を有する受動素子又は能動素子が、上記の抵抗として利用されてもよい。
本実施形態において、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を検出する点で、モジュール制御部240と相違する。本実施形態において、モジュール制御部1040は、(i)蓄電部210電圧又はSOC、及び、(ii)配線106及び蓄電部210の間を流れる電流に基づいて、切替部230の動作を制御する点で、モジュール制御部240と相違する。モジュール制御部1040は、(i)蓄電部210電圧又はSOC、(ii)配線106及び蓄電部210の間を流れる電流、及び、(iii)切替部230の端子間電圧に基づいて切替部230の動作を制御してもよい。上記の相違点以外の構成に関して、モジュール制御部1040は、モジュール制御部240の対応する構成と同様の特徴を有してよい。
モジュール制御部1040が、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を検出する方法は特に限定されない。本実施形態において、モジュール制御部1040は、正極端子112及び正極端子212の間に配された電流検出素子1020の端子間電圧を示す情報を取得し、当該情報に基づいて、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を検出する。これにより、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を監視することができる。モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流の大きさを決定してもよく、上記の電流の方向を決定してもよい。
一実施形態において、切替部230が、少なくとも、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御する場合、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流を監視又は検出する。切替部230が、配線106及び蓄電部210の間の放電方向の電気的な接続を切断している(「電気的に放電方向で切断している」と称する場合がある。)場合において、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を監視又は検出してもよい。なお、この場合において、モジュール制御部1040により検出される電流は、結果として、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流である。
他の実施形態において、切替部230が、少なくとも、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御する場合、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流を監視又は検出する。切替部230が、配線106及び蓄電部210の間の充電方向の電気的な接続を切断している(「電気的に充電方向で切断している」と称する場合がある。)場合において、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を監視又は検出してもよい。なお、この場合において、モジュール制御部1040により検出される電流は、結果として、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流である。
モジュール制御部1040が、切替部230の動作を制御する方法は特に限定されない。上述のとおり、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を検出する。モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を示す情報に基づいて、切替部230の動作を制御してよい。これにより、蓄電モジュール1010を活性挿抜するときに、切替部230のインターロックを安全に解除することができる。
モジュール制御部240と同様に、モジュール制御部1040は、切替部230の端子間電圧を示す情報を取得してよい。モジュール制御部1040は、切替部230の端子間電圧を示す情報に基づいて、切替部230の動作を制御してよい。これにより、蓄電モジュール1010の活性挿抜に要する時間が短縮される。
モジュール制御部240と同様に、モジュール制御部1040は、保護部250から、保護部250が取得又は生成した情報を取得してよい。例えば、モジュール制御部1040は、保護部250から、過充電保護機能が有効になっていることを示す情報、過充電保護機能が有効になっていないことを示す情報、過放電保護機能が有効になっていることを示す情報、過放電保護機能が有効になっていないことを示す情報などを取得する。モジュール制御部1040は、保護部250が取得又は生成した情報に基づいて、切替部230の動作を制御してよい。これにより、蓄電部210の状態に応じて、切替部230を適切に制御することができる。
例えば、蓄電部210の電圧又はSOCが過放電保護のための閾値よりも小さい又は当該閾値以下である場合、過放電保護機能が有効になる。蓄電部210の電圧又はSOCが過放電保護のための閾値よりも大きい又は当該閾値以上である場合、過放電保護機能が無効になる。また、例えば、蓄電部210の電圧又はSOCが過充電保護のための閾値よりも大きい又は当該閾値以上である場合、過充電保護機能が有効になる。蓄電部210の電圧又はSOCが過充電保護のための閾値よりも小さい又は当該閾値以下である場合、過充電保護機能が無効になる。
モジュール制御部240と同様に、モジュール制御部1040は、システム制御部140から、システム制御部140が取得又は生成した情報を取得してよい。例えば、モジュール制御部1040は、システム制御部140から、蓄電部210の電池特性を示す情報を取得する。モジュール制御部1040は、システム制御部140が取得又は生成した情報に基づいて、切替部230の動作を制御してよい。これにより、蓄電部210の状態に応じて、切替部230を適切に制御することができる。
[切替部230の動作を制御する手順の具体例]
一実施形態において、モジュール制御部1040は、蓄電部210の充電状態に基づいて、切替部230の動作を制御する。他の実施形態において、モジュール制御部1040は、切替部230の端子間電圧に基づいて、切替部230の動作を制御する。さらに他の実施形態において、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流に基づいて、切替部230の動作を制御する。モジュール制御部1040は、上記の電流の大きさ及び方向の少なくとも一方に基づいて、切替部230の動作を制御してよい。
一実施形態において、モジュール制御部1040は、蓄電部210の充電状態に基づいて、切替部230の動作を制御する。他の実施形態において、モジュール制御部1040は、切替部230の端子間電圧に基づいて、切替部230の動作を制御する。さらに他の実施形態において、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流に基づいて、切替部230の動作を制御する。モジュール制御部1040は、上記の電流の大きさ及び方向の少なくとも一方に基づいて、切替部230の動作を制御してよい。
より具体的には、モジュール制御部1040は、(i)蓄電部210電圧又はSOC、及び、(ii)配線106及び蓄電部210の間を流れる電流に基づいて、切替部230の動作を制御する。モジュール制御部1040は、(i)蓄電部210電圧又はSOC、(ii)配線106及び蓄電部210の間を流れる電流、及び、(iii)切替部230の端子間電圧に基づいて切替部230の動作を制御してもよい。
例えば、蓄電部210の電圧又はSOCが予め定められた条件を満足する場合、モジュール制御部1040は、切替部230が配線106及び蓄電部210を電気的に接続するように、切替部230を制御する。蓄電部210の電池特性は、蓄電部210の電圧又はSOCは、蓄電部210の電池特性の一例であってよい。予め定められた条件は、予め定められた数値範囲又は閾値を用いた条件であってもよく、予め定められた手順に従って算出される数値範囲又は閾値を用いた条件であってもよい。これにより、例えば、過充電又は過放電による蓄電部210の劣化又は破損を防止することができる。
予め定められた条件は、蓄電部210を保護するための条件であってよい。予め定められた条件としては、(i)蓄電部210の電圧又はSOCが、特定の数値範囲の範囲内であることを示す条件、(ii)蓄電部210の電圧又はSOCが、特定の閾値より大きい、又は、特定の閾値以上であることを示す条件、(iii)蓄電部210の電圧又はSOCが、特定の閾値より小さい、又は、特定の閾値以下であることを示す条件、(v)これらを組み合わせた条件などを例示することができる。
蓄電部210の電圧又はSOCが、特定の数値範囲の範囲内であることを示す条件は、蓄電モジュール1010の過電圧保護機能及び過放電保護機能の少なくとも一方が有効になっていないことを示す条件であってもよい。蓄電部210の電圧又はSOCが、特定の数値範囲の範囲内であることを示す条件は、蓄電モジュール1010の過電圧保護機能及び過放電保護機能が有効になっていないことを示す条件であってもよい。蓄電部210の電圧又はSOCが、特定の閾値より大きい、又は、特定の閾値以上であることを示す条件は、蓄電モジュール1010の過放電保護機能が有効になっていないことを示す条件であってもよい。蓄電部210の電圧又はSOCが、特定の閾値より小さい、又は、特定の閾値以下であることを示す条件は、蓄電モジュール1010の過充電保護機能が有効になっていないことを示す条件であってもよい。
本実施形態によれば、モジュール制御部1040は、切替部230の端子間電圧が予め定められた条件を満足する場合に、切替部230が蓄電部210及び配線106を電気的に接続するように、切替部230を制御する。より具体的には、配線106の電圧と、蓄電部210の電圧との差が比較的大きい場合には、蓄電部210及び配線106が電気的に切断される。一方、上記の差が比較的小さい場合には、蓄電部210及び配線106が電気的に接続される。これにより、迅速な活性挿抜が可能となる。
予め定められた条件は、迅速な活性挿抜を実現するための条件であってよい。予め定められた条件としては、(i)切替部230の端子間電圧が、特定の数値範囲の範囲内であることを示す条件、(ii)切替部230の端子間電圧が、特定の閾値より大きい、又は、特定の閾値以上であることを示す条件、(iii)切替部230の端子間電圧が、特定の閾値より小さい、又は、特定の閾値以下であることを示す条件、(v)これらを組み合わせた条件などを例示することができる。
(過放電保護のインターロックを解除する手順の具体例)
蓄電モジュール1010の蓄電部210が蓄電システム100の配線106と電気的に接続された状態で、蓄電システム100が放電している場合において、例えば、蓄電部210の電圧又はSOCが、過放電保護のための閾値よりも小さくなると、保護部250は、過放電保護機能を有効化するための信号を、モジュール制御部1040に送信する。このとき、電流は、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れている。この場合において、放電方向は第1方向の一例であってよい。また、充電方向は第2方向の一例であってよい。なお、本実施形態において、放電方向及び充電方向とは互いに逆向きである。
蓄電モジュール1010の蓄電部210が蓄電システム100の配線106と電気的に接続された状態で、蓄電システム100が放電している場合において、例えば、蓄電部210の電圧又はSOCが、過放電保護のための閾値よりも小さくなると、保護部250は、過放電保護機能を有効化するための信号を、モジュール制御部1040に送信する。このとき、電流は、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れている。この場合において、放電方向は第1方向の一例であってよい。また、充電方向は第2方向の一例であってよい。なお、本実施形態において、放電方向及び充電方向とは互いに逆向きである。
蓄電部210の電圧又はSOCが過放電保護のための閾値よりも小さい場合は、蓄電部210を保護するための条件が満たされていない場合の一例であってよい。他の実施形態において、保護部250は、蓄電部210の電圧又はSOCが過放電保護のための閾値以下である場合に、過放電保護機能を有効化するための信号を、モジュール制御部1040に送信してよい。
モジュール制御部1040は、上記の信号を受信すると、切替部230を制御して、配線106と、蓄電部210とを電気的に切断する。配線106及び蓄電部210が電気的に切断された後も、蓄電システム100が放電を続けると、配線106と、蓄電部210との間に電圧差が生じる。
蓄電システム100の放電が終了した後、次に、蓄電システム100の充電が開始されたとき、配線106と、蓄電部210との間には電圧差が生じている。この場合において、上記の電圧差の絶対値が、迅速な活性挿抜を実現するための閾値よりも大きいとき、モジュール制御部1040は、切替部230の端子間電圧が、迅速な活性挿抜を実現するための条件を満足していないと判断する。その結果、蓄電モジュール1010の蓄電部210と、蓄電システム100の配線106とが電気的に切断された状態で、蓄電システム100の充電が進行する。
一方、(i)蓄電システム100の充電開始時の上記の電圧差の絶対値が、迅速な活性挿抜を実現するための閾値よりも小さい若しくは当該閾値以下であるとき、又は、(ii)蓄電システム100の充電が進行して、上記の電圧差の絶対値が、迅速な活性挿抜を実現するための閾値よりも小さくなった若しくは当該閾値以下になったとき、モジュール制御部1040は、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続しようとする。しかしながら、この段階では、蓄電部210の電圧又はSOCが、過放電保護のための閾値よりも小さい。そのため、モジュール制御部1040のインターロック機構が作動する。その結果、モジュール制御部1040は、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続することができない。
モジュール制御部1040が、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続するためには、何らかのロジックにより、上記のインターロックを解除する必要がある。上記のインターロックを解除する方法は特に限定されるものではないが、本実施形態において、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流又は当該電流に関する情報に基づいて、上記のインターロックを解除するか否かを決定し、切替部230の動作を制御する。
ここで、図5に関連して説明されたように、切替部230は、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御するトランジスタ520を備える。トランジスタ520としては、Si-MOSFET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、SiC-MOSFET、GaN-MOSFETなどを例示することができる。
蓄電部210の定格電圧が比較的大きい場合、トランジスタ520は、SiC-MOSFETであることが好ましい。例えば、蓄電部210の定格電圧の最大値が100V以上、好ましくは200V以上、より好ましくは300V以上、さらに好ましくは500V以上、さらに好ましくは800V以上、さらに好ましくは1000Vである場合に、トランジスタ520として、SiC-MOSFETが利用される。これにより、優れた耐圧特性を有しながら、損失が少ないというSiC-MOSFETの利点を十分に発揮することができる。蓄電部210の定格電圧の最大値が300V以上又は500V以上である場合、トランジスタ520としてSiC-MOSFETが利用されることの効果が顕著に現れうる。
また、トランジスタ520のソース・ドレイン間には、寄生ダイオードが形成される。上記の寄生ダイオードは、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流を通過させる。一方、上記の寄生ダイオードは、電流が、当該寄生ダイオードを介して、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れることを抑制する。
トランジスタ520は、第1電流調整部又は第2電流調整部の一例であってよい。トランジスタ520の寄生ダイオードは、第1バイパス部又は第2バイパス部の一例であってよい。なお、切替部230は、トランジスタ520の寄生ダイオードとは別に、当該寄生ダイオードと同様の機能を有し、配線106及び蓄電部210の間にトランジスタ520と並列に接続される整流器を備えてもよい。上記の整流器としては、(i)ダイオードなどの整流素子、(ii)複数の素子により構成される整流回路などを例示することができる。
上記のとおり、本実施形態によれば、切替部230が、(i)放電方向の電流を調整するトランジスタ520と、(ii)トランジスタ520に並列に配され、充電方向の電流を通過させ、放電方向の電流を通過させない寄生ダイオードとを備える。そのため、蓄電システム100の充電がさらに進行して、配線106の電圧が、蓄電部210の正極端子212の電圧よりも大きくなると、トランジスタ520の寄生ダイオードを介して、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に電流が流れるようになる。
過放電による蓄電部210の劣化又は破損を防止する場合、モジュール制御部1040は、放電方向に電流が流れることを防止する必要はあるが、充電方向に電流が流れることは防止しなくてもよい。そこで、本実施形態によれば、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を監視する。
一実施形態において、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流を検出する。他の実施形態において、モジュール制御部1040は、切替部230が配線106及び蓄電部210を電気的に放電方向で切断しているときに、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を検出してもよい。
蓄電システム100の充電が開始された後、上記の電流が検出されるまでの間、モジュール制御部1040は、過放電保護のためのインターロックを維持する。一方、上記の電流が検出された場合、モジュール制御部1040は、過放電保護のためのインターロックを解除する。
一実施形態において、モジュール制御部1040は、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続する。一般的に、トランジスタ520のオン抵抗の値は、寄生ダイオードの抵抗値よりも小さいので、本実施形態によれば、蓄電部210の充放電効率が向上する。
上記の電圧差が、迅速な活性挿抜を実現するための条件を満足していない状態において、上記の電流が検出された場合、モジュール制御部1040は、少なくとも、上記の電圧差が迅速な活性挿抜を実現するための条件を満足するまでの間、切替部230が配線106及び蓄電部210を電気的に接続するように、切替部230を制御してよい。なお、上記の電圧差が迅速な活性挿抜を実現するための条件を満足している間、モジュール制御部1040は、切替部230が配線106及び蓄電部210を電気的に接続するように、切替部230を制御してよい。
他の実施形態において、上記の電流が検出された場合、モジュール制御部1040は、過放電保護機能をリセットするための信号を、保護部250に送信してもよい。そして、保護部250は、過放電保護機能をリセットするための信号を受信すると、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続してよい。
配線106及び蓄電部210が電気的に接続された後、蓄電システム100の充電がさらに進行すると、蓄電部210の電圧又はSOCが、過放電保護のための閾値よりも大きくなる。蓄電部210の電圧又はSOCが、過放電保護のための閾値よりも大きくなった場合、保護部250は、過放電保護機能をリセットするための信号を、モジュール制御部1040に送信してもよい。モジュール制御部1040は、過放電保護機能をリセットするための信号を受信すると、切替部230が蓄電部210及び配線106を電気的に接続するように、切替部230を制御してよい。
なお、上述のとおり、過放電保護機能を有効化することが決定された場合、モジュール制御部1040は、例えば、(i)配線106及び蓄電部210を電気的に切断する、又は、(ii)配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れ得る電流の大きさを小さくする。これにより、過放電保護機能が有効になっている場合には、過放電保護機能が無効になっている場合と比較して、放電方向に流れ得る電流の大きさが小さくなる。一方、過放電保護のインターロックを解除することが決定された場合(過放電保護機能を無効化すると称する場合がある)、モジュール制御部1040は、例えば、(i)配線106及び蓄電部210を電気的に接続する、又は、(ii)配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れ得る電流の大きさを大きくする。
モジュール制御部1040は、切替部230の抵抗値又は通流率(デューティ比と称される場合がある。)を調整することで、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御する。一実施形態において、切替部230がトランジスタ520を備え、トランジスタ520が電界効果トランジスタである場合、モジュール制御部1040は、トランジスタ520のゲート電圧(入力電圧と称される場合がある。)を調整することで、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御することができる。モジュール制御部1040は、トランジスタ520の入力電圧を調整するための回路に配された素子の動作を制御することにより、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御してもよい。
他の実施形態において、切替部230がトランジスタ520を備え、トランジスタ520がバイポーラトランジスタである場合、モジュール制御部1040は、トランジスタ520のベース電流(入力電流と称される場合がある。)を調整することで、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御することができる。モジュール制御部1040は、トランジスタ520の入力電流を調整するための回路に配された素子の動作を制御することにより、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御してもよい。
切替部230の抵抗値又は通流率は、過放電保護機能が有効になっている場合と、過放電保護機能が無効になっている場合とで、同一であってもよく、異なってもよい。切替部230がスイッチング素子を有する場合、当該スイッチング素子のオン抵抗は、過充電保護機能が有効になっている場合と、過充電保護機能が無効になっている場合とで、同一であってもよく、異なってもよい。切替部230が可変抵抗を有する場合、当該可変抵抗の抵抗値は、過充電保護機能が有効になっている場合と、過充電保護機能が無効になっている場合とで、同一であってもよく、異なってもよい。モジュール制御部1040は、過放電保護機能が有効になっている場合には、過放電保護機能が無効になっている場合と比較して、切替部230の抵抗値が大きくなるように、切替部230を制御してもよい。モジュール制御部1040は、過放電保護機能が有効になっている場合には、過放電保護機能が無効になっている場合と比較して、切替部230の通流率が小さくなるように、切替部230を制御してもよい。
説明を簡単にすることを目的として、本実施形態においては、(i)過放電保護機能を有効化することが決定された場合に、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210を電気的に切断し、(ii)過放電保護機能を無効化することが決定された場合に、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210を電気的に接続する実施形態を例として、モジュール制御部1040が過放電保護のインターロックを解除する手順について説明した。しかしながら、本願明細書の記載に接した当業者であれば、(i)過放電保護機能を有効化することが決定された場合に、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れ得る電流の大きさを小さくし、(ii)過放電保護機能を無効化することが決定された場合に、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れ得る電流の大きさを大きくする他の実施形態においても、モジュール制御部1040が、本実施形態と同様の手順により過放電保護のインターロックを解除し得ることを、理解することができる。
具体的には、過放電保護機能が有効化される場合、本実施形態において、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210を電気的に切断するための一連の動作は、上記の他の実施形態において、モジュール制御部1040が蓄電部210及び配線106の間を流れ得る電流を小さくするための一連の動作に相当する。同様に、過放電保護機能が無効化される場合、本実施形態において、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210を電気的に接続するための一連の動作は、上記の他の実施形態において、モジュール制御部1040が蓄電部210及び配線106の間を流れ得る電流を大きくするための一連の動作に相当する。
(過充電保護のインターロックを解除する手順の具体例)
蓄電モジュール1010の蓄電部210が蓄電システム100の配線106と電気的に接続された状態で、蓄電システム100が充電している場合において、例えば、蓄電部210の電圧又はSOCが、過充電保護のための閾値よりも大きくなると、保護部250は、過充電保護機能を有効化するための信号を、モジュール制御部1040に送信する。このとき、電流は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れている。この場合において、充電方向は第1方向の一例であってよい。また、放電方向は第2方向の一例であってよい。なお、本実施形態において、放電方向及び充電方向とは互いに逆向きである。
蓄電モジュール1010の蓄電部210が蓄電システム100の配線106と電気的に接続された状態で、蓄電システム100が充電している場合において、例えば、蓄電部210の電圧又はSOCが、過充電保護のための閾値よりも大きくなると、保護部250は、過充電保護機能を有効化するための信号を、モジュール制御部1040に送信する。このとき、電流は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れている。この場合において、充電方向は第1方向の一例であってよい。また、放電方向は第2方向の一例であってよい。なお、本実施形態において、放電方向及び充電方向とは互いに逆向きである。
蓄電部210の電圧又はSOCが過充電保護のための閾値よりも大きい場合は、蓄電部210を保護するための条件が満たされていない場合の一例であってよい。他の実施形態において、保護部250は、蓄電部210の電圧又はSOCが過放電保護のための閾値以上である場合に、過充電保護機能を有効化するための信号を、モジュール制御部1040に送信してよい。
モジュール制御部1040は、上記の信号を受信すると、切替部230を制御して、配線106と、蓄電部210とを電気的に切断する。配線106及び蓄電部210が電気的に切断された後も、蓄電システム100が充電を続けると、配線106と、蓄電部210との間に電圧差が生じる。
蓄電システム100の充電が終了した後、次に、蓄電システム100の放電が開始されたとき、配線106と、蓄電部210との間には電圧差が生じている。この場合において、上記の電圧差の絶対値が、迅速な活性挿抜を実現するための閾値よりも大きいとき、モジュール制御部1040は、切替部230の端子間電圧が、迅速な活性挿抜を実現するための条件を満足していないと判断する。その結果、蓄電モジュール1010の蓄電部210と、蓄電システム100の配線106とが電気的に切断された状態で、蓄電システム100の放電が進行する。
一方、(i)蓄電システム100の放電開始時の上記の電圧差の絶対値が、迅速な活性挿抜を実現するための閾値よりも小さい若しくは当該閾値以下であるとき、又は、(ii)蓄電システム100の充電が進行して、上記の電圧差の絶対値が、迅速な活性挿抜を実現するための閾値よりも小さくなった若しくは当該閾値以下になったとき、モジュール制御部1040は、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続しようとする。しかしながら、この段階では、蓄電部210の電圧又はSOCが、過充電保護のための閾値よりも大きい。そのため、モジュール制御部1040のインターロック機構が作動する。その結果、モジュール制御部1040は、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続することができない。
モジュール制御部1040が、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続するためには、何らかのロジックにより、上記のインターロックを解除する必要がある。上記のインターロックを解除する方法は特に限定されるものではないが、本実施形態において、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流又は当該電流に関する情報に基づいて、上記のインターロックを解除するか否かを決定し、切替部230の動作を制御する。
ここで、図5に関連して説明されたように、切替部230は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御するトランジスタ510を備える。トランジスタ510としては、Si-MOSFET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、SiC-MOSFET、GaN-MOSFETなどを例示することができる。
蓄電部210の定格電圧が比較的大きい場合、トランジスタ510は、SiC-MOSFETであることが好ましい。例えば、蓄電部210の定格電圧の最大値が100V以上、好ましくは200V以上、より好ましくは300V以上、さらに好ましくは500V以上、さらに好ましくは800V以上、さらに好ましくは1000Vである場合に、トランジスタ510として、SiC-MOSFETが利用される。これにより、優れた耐圧特性を有しながら、損失が少ないというSiC-MOSFETの利点を十分に発揮することができる。蓄電部210の定格電圧の最大値が300V以上又は500V以上である場合、トランジスタ510としてSiC-MOSFETが利用されることの効果が顕著に現れうる。
また、トランジスタ510のソース・ドレイン間には、寄生ダイオードが形成される。上記の寄生ダイオードは、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流を通過させる。一方、上記の寄生ダイオードは、電流が、当該寄生ダイオードを介して、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れることを抑制する。
トランジスタ510は、第1電流調整部又は第2電流調整部の一例であってよい。トランジスタ510の寄生ダイオードは、第1バイパス部又は第2バイパス部の一例であってよい。なお、切替部230は、トランジスタ510の寄生ダイオードとは別に、当該寄生ダイオードと同様の機能を有し、配線106及び蓄電部210の間にトランジスタ510と並列に接続される整流器を備えてもよい。上記の整流器としては、(i)ダイオードなどの整流素子、(ii)複数の素子により構成される整流回路などを例示することができる。
上記のとおり、本実施形態によれば、切替部230が、(i)充電方向の電流を調整するトランジスタ510と、(ii)トランジスタ510に並列に配され、放電方向の電流を通過させ、充電方向の電流を通過させない寄生ダイオードとを備える。そのため、蓄電システム100の放電がさらに進行して、配線106の電圧が、蓄電部210の正極端子212の電圧よりも小さくなると、トランジスタ510の寄生ダイオードを介して、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に電流が流れるようになる。
過充電による蓄電部210の劣化又は破損を防止する場合、モジュール制御部1040は、充電方向に電流が流れることを防止する必要はあるが、放電方向に電流が流れることは防止しなくてもよい。そこで、本実施形態によれば、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を監視する。
一実施形態において、モジュール制御部1040は、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流を検出する。他の実施形態において、モジュール制御部1040は、切替部230が配線106及び蓄電部210を電気的に充電方向で切断しているときに、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を検出してもよい。
蓄電システム100の放電が開始された後、上記の電流が検出されるまでの間、モジュール制御部1040は、過充電保護のためのインターロックを維持する。一方、上記の電流が検出された場合、モジュール制御部1040は、過充電保護のためのインターロックを解除する。
一実施形態において、モジュール制御部1040は、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続する。一般的に、トランジスタ510のオン抵抗の値は、寄生ダイオードの抵抗値よりも小さいので、本実施形態によれば、蓄電部210の充放電効率が向上する。
上記の電圧差が、迅速な活性挿抜を実現するための条件を満足していない状態において、上記の電流が検出された場合、モジュール制御部1040は、少なくとも、上記の電圧差が迅速な活性挿抜を実現するための条件を満足するまでの間、切替部230が配線106及び蓄電部210を電気的に接続するように、切替部230を制御してよい。なお、上記の電圧差が迅速な活性挿抜を実現するための条件を満足している間、モジュール制御部1040は、切替部230が配線106及び蓄電部210を電気的に接続するように、切替部230を制御してよい。
他の実施形態において、上記の電流が検出された場合、モジュール制御部1040は、過充電保護機能をリセットするための信号を、保護部250に送信してもよい。そして、保護部250は、過充電保護機能をリセットするための信号を受信すると、切替部230を制御して、配線106及び蓄電部210を電気的に接続してよい。
配線106及び蓄電部210が電気的に接続された後、蓄電システム100の放電がさらに進行すると、蓄電部210の電圧又はSOCが、過充電保護のための閾値よりも小さくなる。蓄電部210の電圧又はSOCが、過充電保護のための閾値よりも小さくなった場合、保護部250は、過充電保護機能をリセットするための信号を、モジュール制御部1040に送信してもよい。モジュール制御部1040は、過充電保護機能をリセットするための信号を受信すると、切替部230が蓄電部210及び配線106を電気的に接続するように、切替部230を制御してよい。
なお、上述のとおり、過充電保護機能を有効化することが決定された場合、モジュール制御部1040は、例えば、(i)配線106及び蓄電部210を電気的に切断する、又は、(ii)配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れ得る電流の大きさを小さくする。これにより、過充電保護機能が有効になっている場合には、過充電保護機能が無効になっている場合と比較して、充電方向に流れ得る電流の大きさが小さくなる。一方、過充電保護のインターロックを解除することが決定された場合(過充電保護機能を無効化すると称する場合がある)、モジュール制御部1040は、例えば、(i)配線106及び蓄電部210を電気的に接続する、又は、(ii)配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れ得る電流の大きさを大きくする。
モジュール制御部1040は、切替部230の抵抗値又は通流率(デューティ比と称される場合がある。)を調整することで、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御する。一実施形態において、切替部230がトランジスタ510を備え、トランジスタ510が電界効果トランジスタである場合、モジュール制御部1040は、トランジスタ510のゲート電圧(入力電圧と称される場合がある。)を調整することで、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御することができる。モジュール制御部1040は、トランジスタ510の入力電圧を調整するための回路に配された素子の動作を制御することにより、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御してもよい。
他の実施形態において、切替部230がトランジスタ510を備え、トランジスタ510がバイポーラトランジスタである場合、モジュール制御部1040は、トランジスタ510のベース電流(入力電流と称される場合がある。)を調整することで、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御することができる。モジュール制御部1040は、トランジスタ510の入力電流を調整するための回路に配された素子の動作を制御することにより、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整又は制御してもよい。
切替部230の抵抗値又は通流率は、過充電保護機能が有効になっている場合と、過充電保護機能が無効になっている場合とで、同一であってもよく、異なってもよい。切替部230がスイッチング素子を有する場合、当該スイッチング素子のオン抵抗は、過充電保護機能が有効になっている場合と、過充電保護機能が無効になっている場合とで、同一であってもよく、異なってもよい。切替部230が可変抵抗を有する場合、当該可変抵抗の抵抗値は、過充電保護機能が有効になっている場合と、過充電保護機能が無効になっている場合とで、同一であってもよく、異なってもよい。モジュール制御部1040は、過充電保護機能が有効になっている場合には、過充電保護機能が無効になっている場合と比較して、切替部230の抵抗値が大きくなるように、切替部230を制御してもよい。モジュール制御部1040は、過充電保護機能が有効になっている場合には、過充電保護機能が無効になっている場合と比較して、切替部230の通流率が小さくなるように、切替部230を制御してもよい。
説明を簡単にすることを目的として、本実施形態においては、(i)過充電保護機能を有効化することが決定された場合に、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210を電気的に切断し、(ii)過充電保護機能を無効化することが決定された場合に、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210を電気的に接続する実施形態を例として、モジュール制御部1040が過充電保護のインターロックを解除する手順について説明した。しかしながら、本願明細書の記載に接した当業者であれば、(i)過充電保護機能を有効化することが決定された場合に、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れ得る電流の大きさを小さくし、(ii)過充電保護機能を無効化することが決定された場合に、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れ得る電流の大きさを大きくする他の実施形態においても、モジュール制御部1040が、本実施形態と同様の手順により過充電保護のインターロックを解除し得ることを、理解することができる。
具体的には、過充電保護機能が有効化される場合、本実施形態において、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210を電気的に切断するための一連の動作は、上記の他の実施形態において、モジュール制御部1040が蓄電部210及び配線106の間を流れ得る電流を小さくするための一連の動作に相当する。同様に、過充電保護機能が無効化される場合、本実施形態において、モジュール制御部1040が配線106及び蓄電部210を電気的に接続するための一連の動作は、上記の他の実施形態において、モジュール制御部1040が蓄電部210及び配線106の間を流れ得る電流を大きくするための一連の動作に相当する。
以上のとおり、本実施形態によれば、モジュール制御部1040は、例えば、蓄電モジュール1010の充放電効率を大きく低下させることなく、活性挿抜機能と、蓄電部210の保護機能とを両立させることができる。
図1に関連して説明したとおり、家電製品などの小規模のシステムの電源の一部を構成する蓄電モジュールは、直列に接続された蓄電セルの数が少なく、その定格電圧も3.5~4.5V程度である。そのため、システムが稼働している状態で電源に蓄電モジュールを実装したり、電源から蓄電モジュールを取り外したりする場合、活性挿抜の対象となる蓄電モジュールの電圧と、電源を構成する他の蓄電モジュールの電圧とを厳密に管理することが要求され得る。蓄電モジュールの仕様によっては、活性挿抜の対象となる蓄電モジュールと、電源を構成する他の蓄電モジュールとの電圧差の許容値が1V未満に管理されることもあり得る。
一方、近年、蓄電モジュールの大型化が進んでいる。例えば、乗用車などの小型~中型の電気自動車では、定格電圧が300~400V程度の蓄電モジュールが利用されている。また、電気バスなどの大型の電気自動車では、定格電圧が500~800V程度の蓄電モジュールが利用されるようになってきている。蓄電モジュールの定格電圧が大きくなると、活性挿抜の対象となる蓄電モジュールと、電源を構成する他の蓄電モジュールとの電圧差の許容値も大きくなる。例えば、電源を構成する一の蓄電モジュールと、当該電源を構成する他の蓄電モジュールとの電圧差が1Vを越える場合であっても、当該一の蓄電モジュールを活性挿抜することができる場合がある。
活性挿抜の対象となる蓄電モジュールの抵抗又はインピーダンスにもよるが、活性挿抜の対象となる蓄電モジュールの定格電圧が100V以上である場合、活性挿抜の対象となる蓄電モジュールと、電源を構成する他の蓄電モジュールとの電圧差は、30V以下であってもよく、10V以下であってもよく、5V以下であってもよく、3V以下であってもよく、2V以下であってもよく、1V以下であってもよい。活性挿抜の対象となる蓄電モジュールと、電源を構成する他の蓄電モジュールとの電圧差は、活性挿抜の対象となる蓄電モジュールの定格電圧の1/5以下であってよく、1/10以下であってよく、1/20以下であってよく、1/30以下であってよく、1/50以下であってよく、1/100以下であってよく、1/200以下であってよく、1/300以下であってよく、1/500以下であってよく、1/1000以下であってよい。
本実施形態において、電流検出素子1020及び切替部230が、蓄電モジュール1010の正極端子112と、蓄電部210の正極端子212との間に配され、蓄電部210の正極端子212が、切替部230を介して配線106と電気的に接続される場合について説明した。しかしながら、電流検出素子1020及び切替部230の配置は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、電流検出素子1020及び切替部230は、蓄電モジュール1010の負極端子114と、蓄電部210の負極端子214との間に配され、蓄電部210の負極端子214は、切替部230を介して配線106と電気的に接続される。
図11は、モジュール制御部1040のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、モジュール制御部1040は、判定部310と、受信部320と、信号生成部330とを備える。モジュール制御部1040は、モジュール情報取得部340と、モジュール情報格納部350と、モジュール情報送信部360とを備えてもよい。本実施形態において、モジュール制御部1040は、電流監視部1120を備える。本実施形態において、電流監視部1120は、電流検出部1122と、方向決定部1124とを有する。信号生成部330は、動作制御部の一例であってよい。
本実施形態において、モジュール制御部1040は、電流監視部1120を備える点で、モジュール制御部240と相違する。上記の相違点以外の構成に関して、モジュール制御部1040は、モジュール制御部240の対応する構成と同様の特徴を有してよい。
本実施形態において、電流監視部1120は、蓄電システム100の配線106と、蓄電モジュール1010の蓄電部210との間を流れる電流を監視する。例えば、電流監視部1120は、蓄電モジュール1010の正極端子112及び正極端子212の間を流れる電流を監視する。
本実施形態において、電流検出部1122は、蓄電システム100の配線106と、蓄電モジュール1010の蓄電部210との間を流れる電流を検出する。電流検出部1122は、上記の電流の大きさを決定してもよい。電流検出部1122は、任意のアナログ回路により構成されてもよく、任意のデジタル回路により構成されてもよい。
本実施形態において、方向決定部1124は、蓄電システム100の配線106と、蓄電モジュール1010の蓄電部210との間を流れる電流の方向を決定する。方向決定部1124は、任意のアナログ回路により構成されてもよく、任意のデジタル回路により構成されてもよい。
図12は、モジュール制御部1040の回路構成の一例を概略的に示す。図12は、切替部230の回路構成の一例を概略的に示す。図12は、正極端子112、負極端子114、蓄電部210、保護部250及び電流検出素子1020とともに、切替部230の一例及びモジュール制御部1040の一例を示す。
[切替部230の回路の具体例]
本実施形態において、トランジスタ510は、一端が配線106と電気的に接続され、他端が蓄電部210と電気的に接続される。トランジスタ510は、配線106及び蓄電部210の間において、トランジスタ520及び寄生ダイオード844と直列に接続される。本実施形態において、トランジスタ510は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整する。
本実施形態において、トランジスタ510は、一端が配線106と電気的に接続され、他端が蓄電部210と電気的に接続される。トランジスタ510は、配線106及び蓄電部210の間において、トランジスタ520及び寄生ダイオード844と直列に接続される。本実施形態において、トランジスタ510は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流の大きさを調整する。
本実施形態において、トランジスタ520は、一端が配線106と電気的に接続され、他端が蓄電部210と電気的に接続される。トランジスタ520は、配線106及び蓄電部210の間において、トランジスタ510及び寄生ダイオード842と直列に接続される。本実施形態において、トランジスタ520は、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流の大きさを調整する。
寄生ダイオード842は、一端が配線106と電気的に接続され、他端が蓄電部210と電気的に接続される。寄生ダイオード842は、配線106及び蓄電部210の間において、トランジスタ510と並列に接続される。寄生ダイオード842は、配線106及び蓄電部210の間において、トランジスタ520及び寄生ダイオード844と直列に接続される。
寄生ダイオード842は、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流を通過させる。一方、寄生ダイオード842は、電流が、寄生ダイオード842を介して、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れることを抑制する。
寄生ダイオード844は、一端が配線106と電気的に接続され、他端が蓄電部210と電気的に接続される。寄生ダイオード844は、配線106及び蓄電部210の間において、トランジスタ520と並列に接続される。寄生ダイオード844は、配線106及び蓄電部210の間において、トランジスタ510及び寄生ダイオード842と直列に接続される。
寄生ダイオード842は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流を通過させる。一方、寄生ダイオード844は、電流が、寄生ダイオード844を介して、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れることを抑制する。
トランジスタ510は、第1電流調整部及び第2電流調整部の一方の一例であってよい。トランジスタ520は、第1電流調整部及び第2電流調整部の他方の一例であってよい。寄生ダイオード842は、第1バイパス部及び第2バイパス部の一方の一例であってよい。寄生ダイオード844は、第1バイパス部及び第2バイパス部の他方の一例であってよい。放電方向は、第1方向及び第2方向の一方の一例であってよい。充電方向は、第1方向及び第2方向の他方の一例であってよい。
[モジュール制御部1040の回路の具体例]
本実施形態において、モジュール制御部1040は、判定部310と、信号生成部330と、電流監視部1120とを備える。判定部310は、第1決定部、第2決定部及び第3決定部の一例であってよい。
本実施形態において、モジュール制御部1040は、判定部310と、信号生成部330と、電流監視部1120とを備える。判定部310は、第1決定部、第2決定部及び第3決定部の一例であってよい。
本実施形態において、信号生成部330は、OR回路1260と、AND回路1272と、AND回路1274と、OR回路1282と、OR回路1284とを備える。また、本実施形態において、正極端子112及び切替部230の間に、電流検出素子1020として、適切な抵抗値を有する抵抗が配されている。電流検出素子1020の抵抗値は、例えば、電流監視部1120が、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流の方向を確実に判定することができるように決定される。
本実施形態において、判定部310は、切替部230の端子間電圧が予め定められた範囲内であるか否かを判定する。判定部310は、判定結果を示す信号を信号生成部330に送信する。判定部310は、任意のアナログ回路により構成されてもよく、任意のデジタル回路により構成されてもよい。判定部310は、ウインドコンパレータを含んでよい。ウインドコンパレータは、例えば、2つのコンパレータを利用して実現することができる。
本実施形態において、判定部310は2つの入力端子を有する。判定部310の一方の入力端子(図中、-端子として示される)には、切替部230の一端(例えば、正極端子112側の端部である。)の電圧が入力される。判定部310の他方の入力端子(図中、+端子として示される)には、切替部230の他端(例えば、蓄電部210側の端部である。)の電圧が入力される。
本実施形態において、判定部310は2つの出力端子を有する。判定部310は、判定結果を示す信号として、一方の出力端子(図中、L端子として示される)から、切替部230の端子間電圧が第1の閾値よりも小さいことを示す信号を出力する。例えば、切替部230の端子間電圧が第1の閾値よりも小さい場合、判定部310は、L端子からH論理を出力する。一方、切替部230の端子間電圧が第1の閾値以上である場合、判定部310は、L端子からL論理を出力する。
また、判定部310は、判定結果を示す信号として、他方の出力端子(図中、H端子として示される)から、切替部230の端子間電圧が第2の閾値よりも大きいことを示す信号を出力する。本実施形態において、第2の閾値の絶対値として、第1の閾値の絶対値よりも大きな値が設定される。例えば、切替部230の端子間電圧が第2の閾値よりも大きい場合、判定部310は、H端子からH論理を出力する。一方、切替部230の端子間電圧が第2の閾値以下である場合、判定部310は、H端子からL論理を出力する。
一実施形態において、判定部310は、例えば、蓄電部210の電圧又はSOCが第1条件に合致するか否かを決定することができる。第1条件としては、(i)蓄電部の電圧又はSOCが予め定められた第1数値範囲の範囲外であることを示す条件、(ii)蓄電部の電圧又はSOCが予め定められた第1閾値より大きいことを示す条件、(iii)蓄電部の電圧又はSOCが第1閾値以上であることを示す条件などを例示することができる。第1条件は、例えば、蓄電部210が過充電であることを示す条件である。
他の実施形態において、判定部310は、例えば、蓄電部210の電圧又はSOCが第2条件に合致するか否かを決定することができる。第2条件としては、(i)蓄電部の電圧又はSOCが予め定められた第2数値範囲の範囲外であることを示す条件、(ii)蓄電部の電圧又はSOCが予め定められた第2閾値より小さいことを示す条件、(iii)蓄電部の電圧又はSOCが第2閾値以下であることを示す条件などを例示することができる。なお、第2条件は、第1条件とは異なる条件であってよい。第2条件は、例えば、蓄電部210が過放電であることを示す条件である。
さらに他の実施形態において、判定部310は、例えば、切替部230の端子間電圧が第3条件に合致するか否かを決定することができる。第3条件としては、(i)切替部230の端子間電圧が予め定められた第3数値範囲の範囲内であることを示す条件、(ii)切替部230の端子間電圧が予め定められた第3閾値より小さいことを示す条件、(iii)切替部230の端子間電圧が第3閾値以下であることを示す条件などを例示することができる。
さらに他の実施形態において、判定部310は、例えば、切替部230の端子間電圧が第4条件に合致するか否かを決定することができる。第4条件としては、(i)切替部230の端子間電圧が予め定められた第4数値範囲の範囲外であることを示す条件、(ii)切替部230の端子間電圧が予め定められた第4閾値より大きいことを示す条件、(iii)切替部230の端子間電圧が第4閾値以上であることを示す条件などを例示することができる。第4数値範囲は第3数値範囲と同一であってもよい。第4数値範囲の上限値は、第3数値範囲の上限値より大きくてもよい。第4閾値は第3閾値と同一であってもよい。第4閾値は、第3閾値より大きくてもよい。
本実施形態において、電流監視部1120は、コンパレータを含んでよい。電流監視部1120は、例えば、2つの入力端子と、1つの出力端子とを有する。電流監視部1120の一方の入力端子(図中、+端子として示される)には、電流検出素子1020の一端(例えば、正極端子112側の端部である。)の電圧が入力される。電流監視部1120の他方の入力端子(図中、-端子として示される)には、電流検出素子1020の他端(例えば、切替部230側の端部である。)の電圧が入力される。
例えば、+端子に入力された電圧が、-端子に入力された電圧よりも大きい場合、電流監視部1120は、出力端子からH論理を出力する。一方、+端子に入力された電圧が、-端子に入力された電圧よりも小さい場合、電流監視部1120は、出力端子からL論理を出力する。また、+端子に入力された電圧と、-端子に入力された電圧とが等しい場合、又は、両者が等しいと見做せる場合、電流監視部1120は、出力端子から信号を出力しない。
本実施形態において、電流監視部1120は、トランジスタ510及びトランジスタ520の少なくとも一方が、配線106及び蓄電部210を電気的に切断しているときに、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を検出する。一実施形態において、電流監視部1120は、過充電保護機能が有効化されているときに、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流を検出する。他の実施形態において、電流監視部1120は、過放電保護機能が有効化されているときに、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流を検出する。
本実施形態において、信号生成部330は、受信部320の機能を兼ね備えてよい。例えば、信号生成部330は、保護部250から、過放電保護機能を有効化させるための信号86を受信する。また、信号生成部330は、保護部250から、過充電保護機能を有効化させるための信号88を受信する。信号生成部330は、判定部310から、切替部230の端子間電圧に関する情報を受信する。信号生成部330は、電流監視部1120から、配線106及び蓄電部210の間の電流に関する情報を受信する。
本実施形態において、信号生成部330は、(i)蓄電部210の電圧又はSOC、及び、(ii)電流監視部1120の検出結果に基づいて、トランジスタ510及びトランジスタ520の少なくとも一方の動作を制御することができる。信号生成部330は、(i)蓄電部210の電圧又はSOC、及び、(ii)電流監視部1120の検出結果、及び、(iii)判定部310の判定結果に基づいて、トランジスタ510及びトランジスタ520の少なくとも一方の動作を制御することができる。信号生成部330は、トランジスタ510及びトランジスタ520の少なくとも一方の動作を制御するための信号を、当該信号による制御対象となるトランジスタに出力することで、トランジスタ510及びトランジスタ520の少なくとも一方を制御してよい。
本実施形態において、判定部310が、切替部230の端子間電圧が第4条件に合致することを決定した場合、信号生成部330は、トランジスタ510及びトランジスタ520の少なくとも一方に、配線106及び蓄電部210を電気的に切断する動作、又は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を小さくする動作を実行させるための信号を出力してよい。これにより、判定部310は、蓄電部210の過電流保護機能としても利用され得る。
本実施形態において、OR回路1260は、2つの入力端子と、1つの出力端子とを有する。OR回路1260の一方の入力端子には、判定部310のH端子からの出力が入力される。OR回路1260の他方の入力端子には、判定部310のL端子からの出力が入力される。
OR回路1260は、2つの入力の論理和を出力する。例えば、切替部230の端子間電圧が特定の数値範囲に収まる場合、OR回路1260は、L論理を出力する。一方、切替部230の端子間電圧が特定の数値範囲から外れる場合、OR回路1260は、H論理を出力する。例えば、切替部230が上記の第4条件に合致する場合の一例として、切替部230の端子間電圧が特定の値よりも大きい場合、判定部310のH端子から、H論理が出力される。この場合、OR回路1260は、H論理を出力する。
本実施形態において、AND回路1272は、2つの入力端子と、1つの出力端子とを有する。AND回路1272の一方の入力端子には、OR回路1260の出力が反転された信号が入力される。AND回路1272の他方の入力端子には、過充電保護機能を有効化させるための信号88が反転された信号が入力される。
AND回路1272は、2つの入力の論理積を出力する。例えば、切替部230の端子間電圧が特定の数値範囲に収まる場合(具体的には、配線106の電圧と、蓄電部210の電圧との差の絶対値が特定の閾値よりも小さい場合又は当該閾値以下の場合である。)であって、且つ、蓄電部210の電圧又はSOCが過充電保護のための閾値よりも小さい場合、AND回路1272は、H論理を出力する。一方、上記以外の場合、AND回路1272は、L論理を出力する。
本実施形態において、AND回路1274は、2つの入力端子と、1つの出力端子とを有する。AND回路1274の一方の入力端子には、OR回路1260の出力が反転された信号が入力される。AND回路1274の他方の入力端子には、過放電保護機能を有効化させるための信号86が反転された信号が入力される。
AND回路1274は、2つの入力の論理積を出力する。例えば、切替部230の端子間電圧が特定の数値範囲に収まる場合(具体的には、配線106の電圧と、蓄電部210の電圧との差の絶対値が特定の閾値よりも小さい場合又は当該閾値以下の場合である。)であって、且つ、蓄電部210の電圧又はSOCが過放電保護のための閾値よりも大きい場合、AND回路1274は、H論理を出力する。一方、上記以外の場合、AND回路1274は、L論理を出力する。
本実施形態において、OR回路1282は、2つの入力端子と、1つの出力端子とを有する。OR回路1282の一方の入力端子には、電流監視部1120の出力が反転された信号が入力される。OR回路1282の他方の入力端子には、AND回路1272の出力が入力される。
OR回路1282は、2つの入力の論理和を出力する。例えば、OR回路1282の出力がH論理である場合、トランジスタ510がオン動作し、OR回路1282の出力がL論理である場合、トランジスタ510がオフ動作する。一実施形態において、配線106及び蓄電部210の間で放電方向に電流が流れている場合、OR回路1282は、H論理を出力する。他の実施形態において、切替部230の端子間電圧が特定の数値範囲に収まる場合であって、且つ、蓄電部210の電圧又はSOCが過充電保護のための閾値よりも小さい場合、OR回路1282は、H論理を出力する。
本実施形態において、OR回路1284は、2つの入力端子と、1つの出力端子とを有する。OR回路1284の一方の入力端子には、電流監視部1120の出力が入力される。OR回路1284の他方の入力端子には、AND回路1274の出力が入力される。
OR回路1284は、2つの入力の論理和を出力する。例えば、OR回路1284の出力がH論理である場合、トランジスタ520がオン動作し、OR回路1284の出力がL論理である場合、トランジスタ520がオフ動作する。一実施形態において、配線106及び蓄電部210の間で充電方向に電流が流れている場合、OR回路1284は、H論理を出力する。他の実施形態において、切替部230の端子間電圧が特定の数値範囲に収まる場合であって、且つ、蓄電部210の電圧又はSOCが過充電保護のための閾値よりも小さい場合、OR回路1284は、H論理を出力する。
[信号生成部330の動作の具体例]
一実施形態において、判定部310が、蓄電部210の電圧又はSOCが第1条件に合致することを決定した場合、信号生成部330は、例えば、トランジスタ510に、配線106及び蓄電部210を電気的に切断する動作、又は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流を小さくする動作を実行させるための信号を出力する。なお、第1条件の内容によっては、信号生成部330は、トランジスタ520に信号を出力してもよい。
一実施形態において、判定部310が、蓄電部210の電圧又はSOCが第1条件に合致することを決定した場合、信号生成部330は、例えば、トランジスタ510に、配線106及び蓄電部210を電気的に切断する動作、又は、配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流を小さくする動作を実行させるための信号を出力する。なお、第1条件の内容によっては、信号生成部330は、トランジスタ520に信号を出力してもよい。
他の実施形態において、判定部310が、蓄電部210の電圧又はSOCが第2条件に合致することを決定した場合、信号生成部330は、例えば、トランジスタ520に、配線106及び蓄電部210を電気的に切断する動作、又は、配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流を小さくする動作を実行させるための信号を出力する。なお、第2条件の内容によっては、信号生成部330は、トランジスタ510に信号を出力してもよい。
さらに他の実施形態において、判定部310が、切替部230の端子間電圧が第3条件に合致することを決定した場合、信号生成部330は、蓄電部210の電圧又はSOCが第1条件及び第2条件に合致するか否かに関わらず、トランジスタ510及びトランジスタ520に、配線106及び蓄電部210を電気的に接続する動作、又は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を大きくする動作を実行させるための信号を出力する。一方、判定部310が、切替部230の端子間電圧が第3条件に合致しないことを決定した場合、信号生成部330は、電流監視部1120の検出結果に応じた信号を出力してよい。例えば、信号生成部330は、下記のとおり信号を出力する。
[(a)判定部310が、切替部230の端子間電圧が第3条件に合致しないことを決定した場合において、(b)電流監視部1120が、(i)過充電保護機能が有効化されているときに配線106及び蓄電部210の間を放電方向に流れる電流、又は、(ii)トランジスタ510が配線106及び蓄電部を電気的に切断しているときに配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を検出した場合]
この場合、信号生成部330は、蓄電部210の電圧又はSOCが第1条件に合致するか否かに関わらず、トランジスタ510に、配線106及び蓄電部210を電気的に接続する動作、又は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を大きくする動作を実行させるための信号を出力する。
この場合、信号生成部330は、蓄電部210の電圧又はSOCが第1条件に合致するか否かに関わらず、トランジスタ510に、配線106及び蓄電部210を電気的に接続する動作、又は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を大きくする動作を実行させるための信号を出力する。
[(a)判定部310が、切替部230の端子間電圧が第3条件に合致しないことを決定した場合において、(c)電流監視部1120が、(i)過放電保護機能が有効化されているときに配線106及び蓄電部210の間を充電方向に流れる電流、又は、(ii)トランジスタ520が配線106及び蓄電部を電気的に切断しているときに配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を検出した場合]
この場合、信号生成部330は、蓄電部210の電圧又はSOCが第2条件に合致するか否かに関わらず、トランジスタ520に、配線106及び蓄電部210を電気的に接続する動作、又は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を大きくする動作を実行させるための信号を出力する。
この場合、信号生成部330は、蓄電部210の電圧又はSOCが第2条件に合致するか否かに関わらず、トランジスタ520に、配線106及び蓄電部210を電気的に接続する動作、又は、配線106及び蓄電部210の間を流れる電流を大きくする動作を実行させるための信号を出力する。
さらに他の実施形態において、モジュール制御部1040は、過電流により蓄電部210が劣化又は破損することを抑制することができる。上述のとおり、切替部230が上記の第4条件に合致する場合の一例として、切替部230の端子間電圧が特定の値よりも大きい場合、OR回路1260が、H論理を出力する。
そのため、配線106及び蓄電部210の間で放電方向に電流が流れている場合であって、切替部230の端子間電圧が特定の値よりも大きい場合には、OR回路1282から、L論理が出力される。その結果、トランジスタ510がオフ動作する。同様に、配線106及び蓄電部210の間で充電方向に電流が流れている場合であって、切替部230の端子間電圧が特定の値よりも大きい場合には、OR回路1284から、L論理が出力される。その結果、トランジスタ520がオフ動作する。
本実施形態によれば、寄生ダイオード842及び寄生ダイオード844に定常的に電流が流れることが抑制される。その結果、切替部230の端子間電圧と、トランジスタ510及びトランジスタ520を介して流れる電流とが比例すると見做すことができる。そこで、電流検出素子1020の抵抗値を適切に設定したり、配線106及び蓄電部210の間において、適切な抵抗値を有する抵抗を、電流検出素子1020と直列に接続したりすることにより、判定部310及び信号生成部330を、過電流保護回路として利用することができる。
図13は、モジュール制御部1040の回路構成の一例を概略的に示す。図13に開示されたモジュール制御部1040は、電流検出素子1020と、120との間に抵抗1310を備える点で、図12に関連して説明されたモジュール制御部1040と相違する。上記の相違点以外の構成に関して、図13に開示されたモジュール制御部1040は、図12に関連して説明されたモジュール制御部1040の対応する構成と同様の特徴を有してよい。
上述のとおり、抵抗1310の抵抗値を適切に設定することで、判定部310及び信号生成部330を、過電流保護回路として利用することができる。抵抗1310の抵抗値は、例えば、判定部310が、負荷電流の値が予め定められた数値範囲に収まるか否かを確実に判定することができるように決定される。また、抵抗1310は、電流検出素子1020の代わりに、電流検出素子として利用されてもよい。この場合、蓄電モジュール1010は、電流検出素子1020を備えなくてもよい。
図14は、蓄電モジュール1410のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、蓄電モジュール1410は、電圧調整部1430を備え、モジュール制御部1040が電圧調整部1430の動作を制御する点で、蓄電モジュール1010と相違する。上記の相違点以外の構成に関して、蓄電モジュール1410は、蓄電モジュール1010の対応する構成と同様の特徴を有してよい。電圧調整部1430は、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子の一例であってよい。
図15は、電圧調整部1430の回路構成の一例を概略的に示す。図15は、また、蓄電モジュール1410のモジュール制御部1040の回路構成の一例を概略的に示す。
本実施形態において、電圧調整部1430は、トランジスタ1522と、抵抗1524とを備える。本実施形態において、電圧調整部1430は、トランジスタ1542と、抵抗1544とを備える。トランジスタ1522は、第1スイッチング素子の一例であってよい。トランジスタ1542は、第2スイッチング素子の一例であってよい。
本実施形態において、蓄電モジュール1410のモジュール制御部1040は、信号生成部330(図示されていない。)がAND回路1552及びAND回路1554を備える点で、蓄電モジュール1010のモジュール制御部1040と相違する。上記の相違点以外の構成に関して、蓄電モジュール1410のモジュール制御部1040は、蓄電モジュール1010のモジュール制御部1040の対応する構成と同様の特徴を有してよい。
本実施形態において、トランジスタ1522は、配線106及び蓄電部210の間において切替部230と並列に接続される。例えば、トランジスタ1522の一端は、切替部230の一端と電気的に接続される。トランジスタ1522の一端は、正極端子112を介して、配線106と電気的に接続されてもよい。一方、トランジスタ1522の他端は、切替部230の他端と電気的に接続される。トランジスタ1522の他端は、蓄電部210と電気的に接続されてもよい。
本実施形態によれば、蓄電モジュールを容易に活性挿抜することができる。しかしながら、例えば、蓄電システム100が非常用電源のように使用頻度の少ない機器である場合、蓄電システム100に含まれる複数の蓄電モジュールの一部を交換した後、交換された蓄電モジュールが蓄電システム100の配線106と電気的に接続されるまでに時間がかかることがある。このような場合であっても、トランジスタ1522は、任意のタイミングで、配線106と、蓄電モジュール1410の蓄電部210とを電気的に接続することができる。
本実施形態において、抵抗1524は、トランジスタ1522がオン動作した場合に、トランジスタ1522に流れる電流の大きさを決定する。抵抗1524の抵抗値は、トランジスタ1522がオン動作した場合に、トランジスタ1522に過大な電流が流れないように決定される。一実施形態において、抵抗1524の抵抗値は、トランジスタ1522を介して配線106及び蓄電部210を電気的に接続する経路の抵抗値が、切替部230を介して配線106及び蓄電部210を電気的に接続する経路の抵抗値よりも大きくなるように決定される。
他の実施形態において、抵抗1524の抵抗値は、「トランジスタ1522がオン動作した場合に、特定の充電電圧において、蓄電部210を第1SOCから第2SOCまで充電するために要する時間」に基づいて、決定されてよい。例えば、第1SOCが25%であり、第2SOCが75%である。第1SOCが20%であり、第2SOCが80%であってもよい。第1SOCが10%であり、第2SOCが90%であってもよい。第1SOCが0%であり、第2SOCが100%であってもよい。上記の時間としては、12時間、18時間、24時間、36時間、48時間、72時間、1週間、10日、15日、1ヵ月、2ヵ月、3ヵ月、6ヶ月などを例示することができる。
本実施形態において、トランジスタ1542は、一端が蓄電部210の正極端子212と電気的に接続され、他端が蓄電部210の負極端子214又は基準電位と電気的に接続される。これにより、任意のタイミングで、蓄電部210を放電することができる。その結果、トランジスタ1542は、任意のタイミングで、配線106の電圧と、蓄電モジュール1410の蓄電部210の電圧との差を調整することができる。例えば、蓄電システム100が使用頻度の少ない機器であっても、蓄電モジュール1410は、任意のタイミングで、配線106と、蓄電モジュール1410の蓄電部210とを電気的に接続することができる。
本実施形態において、抵抗1544は、トランジスタ1542がオン動作した場合に、トランジスタ1542に流れる電流の大きさを決定する。抵抗1544の抵抗値は、トランジスタ1542がオン動作した場合に、トランジスタ1542に過大な電流が流れないように決定される。一実施形態において、抵抗1544の抵抗値は、トランジスタ1542を介して蓄電部210の一端及び他端を電気的に接続する経路の抵抗値が、切替部230を介して配線106及び蓄電部210を電気的に接続する経路の抵抗値よりも大きくなるように決定される。
他の実施形態において、抵抗1544の抵抗値は、「トランジスタ1542がオン動作した場合に、蓄電部210を第1SOCから第2SOCまで放電するために要する時間」に基づいて、決定されてよい。例えば、第1SOCが75%であり、第2SOCが25%である。第1SOCが80%であり、第2SOCが20%であってもよい。第1SOCが90%であり、第2SOCが10%であってもよい。第1SOCが100%であり、第2SOCが0%であってもよい。上記の時間としては、12時間、18時間、24時間、36時間、48時間、72時間、1週間、10日、15日、1ヵ月、2ヵ月、3ヵ月、6ヶ月などを例示することができる。
本実施形態において、AND回路1552は、2つの入力端子と、1つの出力端子とを有する。AND回路1552の一方の入力端子には、過充電保護機能を有効化させるための信号88が反転された信号が入力される。AND回路1552の他方の入力端子には、判定部310のL端子からの出力が入力される。AND回路1552は、2つの入力の論理積を出力する。AND回路1552から出力された信号92は、トランジスタ1522の入力端子に入力される。
本実施形態において、AND回路1554は、2つの入力端子と、1つの出力端子とを有する。AND回路1554の一方の入力端子には、過放電保護機能を有効化させるための信号86が反転された信号が入力される。AND回路1554の他方の入力端子には、判定部310のH端子からの出力が入力される。AND回路1554は、2つの入力の論理積を出力する。AND回路1554から出力された信号94は、トランジスタ1522の入力端子に入力される。
これにより、モジュール制御部1040は、例えば、(i)蓄電部210の電圧又はSOC、(ii)配線106の電圧、及び、(iii)蓄電部210の正極端子212の電圧に基づいて、トランジスタ1522の動作を制御することができる。また、モジュール制御部1040は、例えば、(i)蓄電部210の電圧又はSOC、(ii)配線106の電圧、及び、(iii)蓄電部210の正極端子212の電圧に基づいて、トランジスタ1542の動作を制御することができる。
図16は、電圧調整部1430の一例を概略的に示す。図16に開示された電圧調整部1430は、トランジスタ1522及び抵抗1544の代わりに、双方向DC-DCコンバータ1630を有する点で、図15に関連して説明された電圧調整部1430と相違する。上記の相違点以外の構成に関して、図16に開示された電圧調整部1430は、図15に関連して説明された電圧調整部1430の対応する構成と同様の特徴を有してよい。
本実施形態において、双方向DC-DCコンバータ1630は、配線106及び蓄電部210の間において切替部230と並列に接続される。例えば、双方向DC-DCコンバータ1630の一端は、切替部230の一端と電気的に接続される。双方向DC-DCコンバータ1630の一端は、正極端子112を介して、配線106と電気的に接続されてもよい。一方、双方向DC-DCコンバータ1630の他端は、切替部230の他端と電気的に接続される。双方向DC-DCコンバータ1630の他端は、蓄電部210と電気的に接続されてもよい。
双方向DC-DCコンバータ1630の定格電流値は、切替部230の定格電流値よりも小さくてよい。双方向DC-DCコンバータ1630の仕様は、「双方向DC-DCコンバータ1630が作動した場合に、蓄電部210を第1SOCから第2SOCまで充電するために要する時間」に基づいて、決定されてよい。例えば、第1SOCが25%であり、第2SOCが75%である。第1SOCが20%であり、第2SOCが80%であってもよい。第1SOCが10%であり、第2SOCが90%であってもよい。第1SOCが0%であり、第2SOCが100%であってもよい。上記の時間としては、12時間、18時間、24時間、36時間、48時間、72時間、1週間、10日、15日、1ヵ月、2ヵ月、3ヵ月、6ヶ月などを例示することができる。
双方向DC-DCコンバータ1630の仕様は、「双方向DC-DCコンバータ1630が作動した場合に、蓄電部210を第1SOCから第2SOCまで放電するために要する時間」に基づいて、決定されてよい。例えば、第1SOCが75%であり、第2SOCが25%である。第1SOCが80%であり、第2SOCが20%であってもよい。第1SOCが90%であり、第2SOCが10%であってもよい。第1SOCが100%であり、第2SOCが0%であってもよい。上記の時間としては、12時間、18時間、24時間、36時間、48時間、72時間、1週間、10日、15日、1ヵ月、2ヵ月、3ヵ月、6ヶ月などを例示することができる。双方向DC-DCコンバータ1630の仕様としては、定格電流値、定格電力値などを例示することができる。
切替部230を完全に代替する目的で双方向DC-DCコンバータを使用する場合、大きくて高価な双方向DC-DCコンバータが用いられる。しかしながら、本実施形態によれば、双方向DC-DCコンバータ1630は、例えば、蓄電システム100が停止している期間を利用して、一の蓄電モジュール1410から、他の蓄電モジュール1410に電気エネルギーを伝送する。そのため、切替部230を完全に代替する目的で双方向DC-DCコンバータを使用する場合と比較して、双方向DC-DCコンバータ1630の能力は遥かに小さくてよい。
本実施形態において、双方向DC-DCコンバータ1630は、モジュール制御部1040により制御される。モジュール制御部1040は、例えば、(i)蓄電部210の電圧又はSOC、(ii)配線106の電圧、及び、(iii)蓄電部210の正極端子212の電圧に基づいて、双方向DC-DCコンバータ1630の動作を制御する。
本実施形態によれば、双方向DC-DCコンバータ1630は、任意のタイミングで、蓄電部210から配線106に電気エネルギーを伝送することができる。また、双方向DC-DCコンバータ1630は、任意のタイミングで、配線106から210に電気エネルギーを伝送することができる。
図17は、蓄電モジュール1710のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、蓄電モジュール1710は、モジュール制御部1040が、過放電保護のインターロック及び過充電保護のインターロックの少なくとも一方を解除することを決定すると、過放電保護のリセット信号及び過充電保護のリセット信号の少なくとも一方を保護部250に送信する点で、蓄電モジュール1410などと相違する。また、蓄電モジュール1710は、保護部250が、リセット信号を受信すると、切替部230を制御して、過放電保護のインターロック及び過充電保護のインターロックの少なくとも一方を解除する点で、蓄電モジュール1410などと相違する。上記の相違点以外の構成に関して、蓄電モジュール1710は、蓄電モジュール1410などの対応する構成と同様の特徴を有してよい。
上記の各実施形態においては、切替部230、切替部630、切替部730などの切替部が、蓄電モジュール110、蓄電モジュール710、蓄電モジュール1010、蓄電モジュール1410、蓄電モジュール1710などの蓄電モジュールの内部に配される場合を例として、蓄電システム100の詳細が説明された。しかしながら、蓄電システム100は、上記の各実施形態に限定されない。
他の実施形態において、切替部は、蓄電モジュールの外部に配されてもよい。例えば、切替部は、蓄電システム100の接続端子102と、各蓄電モジュールの正極端子との間に配される。切替部は、蓄電システム100の接続端子104と、各蓄電モジュールの負極端子との間に配されてもよい。各蓄電モジュールの内部又は外部に配された上記の切替部は、各蓄電モジュールに対応する切替部と称される場合がある。
図18は、蓄電モジュール1810のシステム構成の一例を概略的に示す。図18は、蓄電モジュール1810を備えた蓄電システム100と、充電装置14とが、電気的に接続された状態の一例を概略的に示す。
本実施形態において、蓄電モジュール1810は、蓄電部210を構成する複数の蓄電セルのそれぞれが、トリクル充電に対応可能な種類の二次電池で構成されている点と、蓄電モジュール1810が、トリクル充電部1820を備える点とで、蓄電モジュール110、蓄電モジュール710、蓄電モジュール1010、蓄電モジュール1410又は蓄電モジュール1710と相違する。蓄電モジュール1810は、上記の相違点以外の構成に関して、上記の蓄電モジュールの対応する構成と同様の特徴を有してよい。一例として、蓄電モジュール1810は、電圧調整部1430及びトリクル充電部1820の両方を備えてもよい。
一般的に、二次電池の電池系が、過充電状態が持続した場合であっても、原理的には、電池系に不可逆な変化の生じない反応式で表される場合、当該二次電池はトリクル充電に対応可能である。一方、二次電池の電池系が、過充電状態が持続した場合、原理的に、電池系に不可逆な変化の生じる反応式で表される場合、当該二次電池はトリクル充電に対応不能である。トリクル充電に対応可能な二次電池としては、鉛電池、ニッケル水素電池(NiMH電池を含む。)、ニッケルカドミウム電池などが例示される。トリクル充電に対応不能な二次電池としては、リチウム電池、リチウムイオン電池(リチウムイオンポリマー電池、及び、全固体電池を含む。)などが例示される。
本実施形態において、トリクル充電部1820は、蓄電システム100の配線106と、蓄電モジュール1810の蓄電部210との間において、切替部230と並列に接続される。トリクル充電部1820は、切替部230よりも大きな抵抗を有してよい。つまり、配線106及び蓄電部210との間において、トリクル充電部1820を介して電流が流れる場合の抵抗値が、切替部230を介して電流が流れる場合の抵抗値よりも大きい。
本実施形態において、トリクル充電部1820は、配線106から蓄電部210に向かう方向に電流を通過させる。一方、トリクル充電部1820は、蓄電部210から配線106に向かう方向に電流が通過することを抑制する。例えば、トリクル充電部1820は、蓄電部210から配線106に向かう方向に電流を通過させない。
なお、図18に示された実施形態において、蓄電システム100は、蓄電モジュール1810と、他の蓄電モジュール(図示されていない。)とを備えてよい。この場合、蓄電モジュール1810と、他の蓄電モジュールとは、配線106を介して、並列に接続される。蓄電システム100が複数の蓄電モジュールを備える場合、蓄電システム100は、1又は複数の蓄電モジュール1810を備えてよい。また、複数の蓄電モジュールのうちの少なくとも1つは、当該蓄電モジュールの蓄電部210を構成する全ての蓄電セルが、トリクル充電に対応不能な二次電池であってよい。
上述のとおり、異なる種類の二次電池を並列に組み合わせて蓄電システム100を構築することで、単一の種類の二次電池からなる蓄電システム100と比較して、寿命、信頼性、充電性能、放電性能、エネルギー効率、温度特性及び経済性の少なくとも1つに優れた電力供給システムを構築することができる。例えば、鉛電池は、比較的広い温度範囲で動作するものの、充放電のエネルギー効率が比較的低い。一方、リチウムイオン電池は、充放電のエネルギー効率が高いものの、低温領域及び高温領域での動作に課題を有する。そこで、鉛電池からなる蓄電部210を備えた蓄電モジュールと、リチウムイオン電池からなる蓄電部210を備えた蓄電モジュールとを並列に組み合わせることで、広い温度範囲で動作しつつ、エネルギー効率の高い電力供給システムが構築され得る。
また、ニッケル水素電池(例えば、NiMH電池である。)は、リチウムイオン電池と比較して、低温での動作に強く、瞬間的に取り出せる電力が大きいという特徴を有する。そこで、ニッケル水素電池からなる蓄電部210を備えた蓄電モジュールと、リチウムイオン電池からなる蓄電部210を備えた蓄電モジュールとを並列に組み合わせることで、広い温度範囲で動作し、瞬間的に取り出せる電力が大きく、電池容量も大きな電力供給システムが構築され得る。
上述のとおり、本実施形態において、蓄電モジュール1810の保護部250は、蓄電モジュール1810の蓄電部210に含まれる複数の蓄電セルのそれぞれの状態を示す状態情報を取得する。例えば、状態情報としては、各蓄電セルの端子間電圧(電池電圧と称される場合がある。)を示す情報、各蓄電セルの表面又は表面近傍の温度を示す情報などが例示される。状態情報は、各蓄電セルの端子間電圧が予め定められた範囲内にないことを示す情報であってもよい。
また、本実施形態において、モジュール制御部240は、保護部250から、上記の状態情報を示す信号を受信する。モジュール制御部240は、保護部250が取得した状態情報を解析して、蓄電部210を構成する複数の蓄電セルの少なくとも1つの状態が、当該蓄電セルの満充電を示す満充電条件を満足するか否かを判定する。蓄電部210を構成する複数の蓄電セルの少なくとも1つの状態が満充電条件を満足すると判定された場合、モジュール制御部240は、切替部230が、蓄電システム100の配線106と、蓄電モジュール1810の蓄電部210とを電気的に切断するように、切替部230を制御する。これにより、過充電又は過放電による蓄電部210の劣化又は損傷が抑制され得る。
一実施形態において、モジュール制御部240は、複数の蓄電セルの少なくとも1つの電池電圧が予め定められた第1閾値より大きい場合に、満充電条件を満足すると判定する。他の実施形態において、モジュール制御部240は、単位時間当たりにおける、複数の蓄電セルの少なくとも1つの表面又は表面近傍の温度の上昇勾配が、予め定められた第2閾値より大きい場合に、満充電条件を満足すると判定する。
ところで、切替部230が、蓄電システム100の配線106と、蓄電モジュール1810の蓄電部210とを電気的に切断したとき、蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する複数の蓄電セルの少なくとも一部が満充電ではない可能性もある。この点につき、本実施形態によれば、蓄電モジュール1810がトリクル充電部1820を備えているので、切替部230が、蓄電システム100の配線106と、蓄電モジュール1810の蓄電部210とを電気的に切断した後も、充電装置14が充電を継続している限り、蓄電部210の充電が継続される。また、本実施形態によれば、蓄電部210を構成する複数の蓄電セルのそれぞれが、トリクル充電に対応可能な種類の二次電池で構成されているので、満充電後に充電が継続されたとしても、原理的には、過充電により蓄電セルの不可逆的な分解又は反応が生じない。そのため、本実施形態によれば、満充電になった蓄電セルの劣化又は損傷を抑制しつつ、満充電でない蓄電セルの充電を続行することができる。
蓄電モジュール1810は、第1蓄電装置の一例であってよい。蓄電モジュール1810の蓄電部210は、第1蓄電部の一例であってよい。蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する蓄電セル222及び蓄電セル224のそれぞれは、第1蓄電セルの一例であってよい。
蓄電システム100において、蓄電モジュール1810と並列に接続され得る他の蓄電モジュールは、第2蓄電装置の一例であってよい。他の蓄電モジュールの蓄電部210は、第2蓄電部の一例であってよい。他の蓄電モジュールの蓄電部210を構成する蓄電セル222及び蓄電セル224のそれぞれは、第2蓄電セルの一例であってよい。
トリクル充電部1820は、制限部の一例であってよい。トリクル充電に対応可能な種類の二次電池は、第1の種類の二次電池の一例であってよい。トリクル充電に対応不能な種類の二次電池は、第2の種類の二次電池の一例であってよい。モジュール制御部240は、切替制御部の一例であってよい。保護部250は、状態情報取得部の一例であってよい。
なお、本実施形態においては、モジュール制御部240が、保護部250からの信号を受信し、切替部230を制御する場合を例として、蓄電システム100の詳細が説明される。しかしながら、蓄電システム100は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、システム制御部140が、保護部250からの信号を受信し、切替部230を制御してもよい。この場合、システム制御部140は、切替制御部の一例であってよい。
図19は、トリクル充電部1820の内部構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、トリクル充電部1820は、電流量制限部1940と、電流方向制限部1950とを備える。
本実施形態において、電流量制限部1940は、トリクル充電部1820を流れる電流の電流量を制限する。電流量制限部1940は、切替部230よりも大きな抵抗を有してよい。電流量制限部1940は、固定抵抗、可変抵抗、定電流回路、及び、定電力回路の少なくとも1つを有してよい。電流量制限部1940は、PTCサーミスタを有してよい。蓄電部210のトリクル充電が実施されている間、電流量制限部1940に電流が流れると、電流量制限部1940が発熱する場合がある。この場合であっても、本実施形態によれば、電流量制限部1940がPTCサーミスタを有するので、電流量制限部1940の温度が高くなると、電流量制限部1940を流れる電流量が減少する。これにより、蓄電部210のトリクル充電が実施されている間、電流量制限部1940の温度が、所定の数値範囲内に維持され得る。
本実施形態において、電流方向制限部1950は、電流量制限部1940と直列に接続される。電流方向制限部1950は、配線106から蓄電部210に向かう方向に電流を通過させる。一方、電流方向制限部1950は、蓄電部210から配線106に向かう方向に電流を通過させない。電流方向制限部1950は、ダイオードを有してよい。上記のダイオードは、配線106から蓄電部210に向かう方向が順方向となるように配されてよい。
図20は、蓄電システム100のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、蓄電システム100は、トリクル充電部1820を有しない蓄電モジュール110を備える。蓄電システム100は、複数の蓄電モジュール110を備えてもよい。本実施形態において、蓄電システム100は、トリクル充電部1820を有する蓄電モジュール1810を備える。蓄電システム100は、複数の蓄電モジュール1810を備えてもよい。図20に示される蓄電システム100は、上記の点を除いて、図1~図17に示される蓄電システム100と同様の構成を有してよい。
本実施形態において、蓄電モジュール110の蓄電部210を構成する蓄電セルの種類と、蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する蓄電セルの種類とが異なる。一実施形態において、蓄電モジュール110の蓄電部210を構成する蓄電セルは、トリクル充電に対応不能な二次電池であってよい。蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する蓄電セルは、トリクル充電に対応可能な二次電池であってよい。
本実施形態によれば、切替部230が、蓄電システム100の配線106と、蓄電モジュール1810の蓄電部210とを電気的に切断した後も、蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する各蓄電セルが、トリクル充電方式で充電される。その結果、蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する各蓄電セルのSOCが均等化される。
この場合において、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール1810は、定電流定電圧充電方式(CCCVと称される場合がある。)により充電されてよい。また、蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する各蓄電セルの満充電を示す設定電圧は、蓄電モジュール110の蓄電部210を構成する各蓄電セルの定電圧充電時の設定電圧よりも小さくてよい。
蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する各蓄電セルの満充電を示す設定電圧は、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール1810が定電流充電方式で充電されている期間中に、蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する複数の蓄電セルの少なくとも1つが満充電になるように設定されることが好ましい。蓄電セルが定電流充電方式で充電されている期間中に、当該蓄電セルの満充電を判定する方法としては、―ΔV制御充電方式、dT/dt制御充電方式、ステップ制御充電方式、タイマー制御充電方式などが例示される。
これにより、蓄電モジュール1810の切替部230が、蓄電モジュール1810の蓄電部210と、蓄電システム100の配線106を電気的に切断した後、蓄電モジュール110の切替部230が、蓄電モジュール110の蓄電部210と、蓄電システム100の配線106を電気的に切断する。これにより、蓄電システム100は、蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する各蓄電セルの満充電を示す設定電圧が、蓄電モジュール110の蓄電部210を構成する各蓄電セルの定電圧充電時の設定電圧よりも大きい場合と比較して、より多くの電気を蓄積することができる。
なお、本実施形態においては、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール1810が、CCCV方式により充電される場合を例として、蓄電システム100の詳細が説明された。しかしながら、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール1810の充電方式は、CCCV方式に限定されない。蓄電モジュール110及び蓄電モジュール1810の充電方式としては、任意の充電方式が適用され得る。例えば、蓄電モジュール110及び蓄電モジュール1810は、定電流・パルス電流方式により充電されてよい。
他の実施形態において、蓄電モジュール110の蓄電部210を構成する蓄電セルは、過充電時に、電池電圧がピーク電圧からΔV低下する特性(-ΔV特性と称される場合がある。)を有しない二次電池であってよい。蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する蓄電セルは、過充電時に、電池電圧がピーク電圧からΔV低下する特性を有する二次電池であってよい。この場合において、蓄電モジュール1810の蓄電部210の総電池容量は、蓄電モジュール110の蓄電部210の総電池容量よりも小さくてよい。これにより、蓄電モジュール1810の蓄電部210の―ΔV特性による電圧降下が、蓄電システム100の電圧変動に与える影響が、相対的に小さくなる。
-ΔV特性を有しない二次電池としては、リチウム電池、リチウムイオン電池(リチウムイオンポリマー電池、及び、全固体電池を含む)、鉛電池などが例示される。-ΔV特性を有する二次電池としては、ニッケル水素電池(NiMH電池を含む)、ニッケルカドミウム電池などが例示される。
図21は、蓄電システム100の充電特性の一例を概略的に示す。実線2122は、-ΔV特性を有する二次電池の充電中における、当該電池の電流変動の一例を示す。点線2124は、-ΔV特性を有しない電池の充電中における、当該電池の電流変動の一例を示す。実線2142は、-ΔV特性を有する二次電池の充電中における、当該電池の電圧変動の一例を示す。点線2144は、-ΔV特性を有しない電池の充電中における、当該電池の電圧変動の一例を示す。
図22は、蓄電システム100が、単一の蓄電モジュール110と、単一の蓄電モジュール1810とを備える場合における、蓄電システム100の充電特性の一例を概略的に示す。曲線2232は、蓄電モジュール1810の蓄電部210に含まれる複数の蓄電セルのうち、最も満充電に近い蓄電セルの表面又は表面近傍の温度の変動を示す。曲線2242は、蓄電モジュール1810の蓄電部210に含まれる複数の蓄電セルのうち、最も満充電に近い蓄電セルの電池電圧の変動を示す。曲線2262は、蓄電モジュール110の蓄電部210に含まれる複数の蓄電セルのうち、最も満充電に近い蓄電セルの電池電圧の変動を示す。
本実施形態によれば、時間t0において充電が開始される。時間t1において、蓄電モジュール1810の蓄電部210に含まれる蓄電セルの表面又は表面近傍の温度が急激に上昇する。そこで、蓄電モジュール1810のモジュール制御部240は、蓄電モジュール1810の切替部230を制御して、蓄電モジュール1810の蓄電部210と、蓄電システム100の配線106とを電気的に切断する。これにより、蓄電モジュール110の充電電流が増加する。時間t2において、CC充電が終了し、CV充電に移行する。時間t3において、充電が完了する。具体的には、蓄電モジュール110のモジュール制御部240は、蓄電モジュール110の切替部230を制御して、蓄電モジュール110の蓄電部210と、蓄電システム100の配線106とを電気的に切断する。
なお、時間t1から時間t3までの期間において、蓄電モジュール1810の蓄電部210には、トリクル充電部1820を介して充電電流が供給されている。そのため、時間t1から時間t3までの期間において、蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する複数の蓄電セルのSOCが均等化される。
図23は、蓄電システム100が、単一の蓄電モジュール110と、2個の蓄電モジュール1810とを備える場合における、蓄電システム100の充電特性の一例を概略的に示す。図23において、図22と同一の要素には、図22と同一の符号が付され、その説明も省略される。曲線2332は、蓄電モジュール1810の蓄電部210に含まれる複数の蓄電セルのうち、二番目に満充電に近い蓄電セルの表面又は表面近傍の温度の変動を示す。曲線2342は、蓄電モジュール1810の蓄電部210に含まれる複数の蓄電セルのうち、二番目に満充電に近い蓄電セルの電池電圧の変動を示す。
本実施形態によれば、時間t0において充電が開始される。時間t1において、一方の蓄電モジュール1810の蓄電部210に含まれる蓄電セルの表面又は表面近傍の温度が急激に上昇する。そこで、一方の蓄電モジュール1810のモジュール制御部240は、一方の蓄電モジュール1810の切替部230を制御して、一方の蓄電モジュール1810の蓄電部210と、蓄電システム100の配線106とを電気的に切断する。これにより、蓄電モジュール110及び他方の蓄電モジュール1810の充電電流が増加する。
時間t2において、他方の蓄電モジュール1810の蓄電部210に含まれる蓄電セルの表面又は表面近傍の温度が急激に上昇する。そこで、他方の蓄電モジュール1810のモジュール制御部240は、他方の蓄電モジュール1810の切替部230を制御して、他方の蓄電モジュール1810の蓄電部210と、蓄電システム100の配線106とを電気的に切断する。これにより、蓄電モジュール110の充電電流が増加する。時間t3において、CC充電が終了し、CV充電に移行する。時間t4において、充電が完了する。具体的には、蓄電モジュール110のモジュール制御部240は、蓄電モジュール110の切替部230を制御して、蓄電モジュール110の蓄電部210と、蓄電システム100の配線106とを電気的に切断する。
なお、時間t1から時間t4までの期間において、一方の蓄電モジュール1810の蓄電部210には、トリクル充電部1820を介して充電電流が供給されている。そのため、時間t1から時間t4までの期間において、一方の蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する複数の蓄電セルのSOCが均等化される。また、時間t2から時間t4までの期間において、他方の蓄電モジュール1810の蓄電部210には、トリクル充電部1820を介して充電電流が供給されている。そのため、時間t2から時間t4までの期間において、他方の蓄電モジュール1810の蓄電部210を構成する複数の蓄電セルのSOCが均等化される。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、技術的に矛盾しない範囲において、特定の実施形態について説明した事項を、他の実施形態に適用することができる。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載などから明らかである。
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
12 負荷装置、14 充電装置、52 信号、54 信号、82 信号、86 信号、88 信号、92 信号、94 信号、100 蓄電システム、102 接続端子、104 接続端子、106 配線、110 蓄電モジュール、112 正極端子、114 負極端子、120 蓄電モジュール、122 正極端子、124 負極端子、140 システム制御部、210 蓄電部、212 正極端子、214 負極端子、222 蓄電セル、224 蓄電セル、230 切替部、240 モジュール制御部、250 保護部、260 バランス補正部、310 判定部、320 受信部、330 信号生成部、340 モジュール情報取得部、350 モジュール情報格納部、360 モジュール情報送信部、410 状態管理部、420 モジュール選択部、430 信号生成部、510 トランジスタ、512 抵抗、514 抵抗、516 ダイオード、520 トランジスタ、522 抵抗、524 抵抗、526 ダイオード、530 トランジスタ、532 抵抗、540 トランジスタ、542 抵抗、552 抵抗、554 抵抗、560 トランジスタ、570 キャパシタ、572 抵抗、580 トランジスタ、592 スイッチ、594 スイッチ、630 切替部、632 リレー、710 蓄電モジュール、730 切替部、842 寄生ダイオード、844 寄生ダイオード、852 論理回路、854 論理回路、900 蓄電システム、902 ダイオード、904 ダイオード、1010 蓄電モジュール、1020 電流検出素子、1040 モジュール制御部、1120 電流監視部、1122 電流検出部、1124 方向決定部、1260 OR回路、1272 AND回路、1274 AND回路、1282 OR回路、1284 OR回路、1310 抵抗、1410 蓄電モジュール、1430 電圧調整部、1522 トランジスタ、1524 抵抗、1542 トランジスタ、1544 抵抗、1552 AND回路、1554 AND回路、1630 双方向DC-DCコンバータ、1710 蓄電モジュール、1810 蓄電モジュール、1820 トリクル充電部、1940 電流量制限部、1950 電流方向制限部、2122 実線、2124 点線、2142 実線、2144 点線、2232 曲線、2242 曲線、2262 曲線、2332 曲線、2342 曲線
Claims (9)
- 第2蓄電装置と並列接続可能に構成された第1蓄電装置の第1蓄電部と、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置を電気的に接続する配線との間に配され、前記配線及び前記第1蓄電部の電気的な接続関係を切り替える切替部と、
前記配線及び前記第1蓄電部の間において前記切替部と並列に接続され、前記切替部よりも大きな抵抗を有し、前記配線から前記第1蓄電部に向かう方向に電流を通過させ、前記第1蓄電部から前記配線に向かう方向に電流が通過することを抑制する制限部と、
を備え、
前記第1蓄電部は、直列に接続された複数の第1蓄電セルを含み、
前記第2蓄電装置は、直列に接続された複数の第2蓄電セルを含む第2蓄電部を有し、
前記複数の第1蓄電セルのそれぞれは、第1の種類の二次電池であり、
前記複数の第2蓄電セルのそれぞれは、第2の種類の二次電池であり、
前記第1の種類の二次電池の電池系は、過充電状態が持続した場合であっても、原理的には、電池系に不可逆な変化の生じない反応式で表され、
前記第2の種類の二次電池の電池系は、過充電状態が持続した場合、原理的に、電池系に不可逆な変化の生じる反応式で表される、
蓄電システム。 - 前記制限部は、
前記制限部を流れる電流の電流量を制限する電流量制限部と、
前記電流量制限部と直列に接続され、前記配線から前記第1蓄電部に向かう方向に電流を通過させ、前記第1蓄電部から前記配線に向かう方向に電流を通過させない電流方向制限部と、
を有する、
請求項1に記載の蓄電システム。 - 前記電流量制限部は、PTCサーミスタを含む、
請求項2に記載の蓄電システム。 - 前記第1の種類の二次電池は、過充電時に、電池電圧がピーク電圧からΔV低下する特性を有し、
前記第2の種類の二次電池は、過充電時に、電池電圧がピーク電圧からΔV低下する特性を有さず、
前記第1蓄電部の電池容量は、前記第2蓄電部の電池容量よりも小さい、
請求項1から請求項3までの何れか一項に記載の蓄電システム。 - 前記蓄電システムは、定電流定電圧充電方式(CCCV)により充電され、
前記複数の第1蓄電セルのそれぞれの満充電を示す設定電圧は、前記複数の第2蓄電セルのそれぞれの定電圧充電時の設定電圧よりも小さい、
請求項1から請求項4までの何れか一項に記載の蓄電システム。 - 前記複数の第1蓄電セルのそれぞれの状態を示す状態情報を取得する状態情報取得部と、
前記切替部を制御する切替制御部と、
をさらに備え、
前記切替制御部は、前記状態情報取得部が取得した状態情報により示される前記複数の第1蓄電セルの少なくとも1つの状態が、前記第1の種類の二次電池の満充電を示す満充電条件を満足する場合に、前記切替部が前記配線及び前記第1蓄電部を電気的に切断するように、前記切替部を制御する、
請求項1から請求項5までの何れか一項に記載の蓄電システム。 - 前記状態情報は、前記複数の第1蓄電セルのそれぞれの電池電圧を示す情報を含み、
前記切替制御部は、前記状態情報により示される前記複数の第1蓄電セルの少なくとも1つの電池電圧が、予め定められた第1閾値より大きい場合に、前記切替部が前記配線及び前記第1蓄電部を電気的に切断するように、前記切替部を制御する、
請求項6に記載の蓄電システム。 - 前記状態情報は、前記複数の第1蓄電セルのそれぞれの表面又は表面近傍の温度を示す情報を含み、
前記切替制御部は、単位時間当たりにおける、前記状態情報により示される前記複数の第1蓄電セルの少なくとも1つの表面又は表面近傍の温度の上昇勾配が、予め定められた第2閾値より大きい場合に、前記切替部が前記配線及び前記第1蓄電部を電気的に切断するように、前記切替部を制御する、
請求項7に記載の蓄電システム。 - 前記第1蓄電装置は、
前記切替部及び前記制限部を備え、
前記配線と着脱自在に構成される、
請求項1から請求項8までの何れか一項に記載の蓄電システム。
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