蓄電システムおよび出力コントローラ
【課題】任意に接続された複数の蓄電ユニットの接続形態を検出し、検出された接続形態に応じて複数の蓄電ユニットを制御する。
【解決手段】６個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が直列に接続される。出力コントローラＩＣＮＴに対して全体電圧Ｖ(Total)および各蓄電モジュールの個別出力電圧Ｖ(1)〜Ｖ(6)が供給される。出力コントローラＩＣＮＴの制御部ＰＲは、判定式が成立する
か否かによって接続形態を判定する。蓄電モジュールの数をＮとし、全体出力電圧をＶ(Total)とし、個別出力電圧をＶ(1)，Ｖ(2)，・・・，Ｖ(N)とし、接続形態の並列数をＭとする時に、（判定式：Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)）が使用される。判定式が成立する場合に、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定される。
【解決手段】６個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が直列に接続される。出力コントローラＩＣＮＴに対して全体電圧Ｖ(Total)および各蓄電モジュールの個別出力電圧Ｖ(1)〜Ｖ(6)が供給される。出力コントローラＩＣＮＴの制御部ＰＲは、判定式が成立する
か否かによって接続形態を判定する。蓄電モジュールの数をＮとし、全体出力電圧をＶ(Total)とし、個別出力電圧をＶ(1)，Ｖ(2)，・・・，Ｖ(N)とし、接続形態の並列数をＭとする時に、（判定式：Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)）が使用される。判定式が成立する場合に、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願開示は、蓄電システムおよび出力コントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、リチウムイオン電池などの二次電池が自動車用蓄電池や、太陽電池、風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電装置として用いる用途が、急速に拡大している。大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電モジュールを直列に接続する構成が採用される。かかる構成を電池システムと称する。蓄電モジュールは、複数個例えば４個の単位電池（単電池、セルとも呼ばれる。以下の説明では、単に電池と適宜称する。）を並列および／または直列に接続して、電池ブロックを構成する。多数の電池ブロックが外装ケースに収納されて蓄電モジュール（組電池とも呼ばれる。）が構成される。
【０００３】
例えば特許文献１には、外装ケースとしての電池収納箱を仕切り板で区画することによって、複数の電池収納スペースを形成し、各電池収納スペースに電池ブロックを収納する構成が記載されている。
【０００４】
さらに、複数の蓄電モジュールを接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通の制御装置を設ける構成が下記の特許文献２に記載されている。特許文献２においては、各蓄電モジュールが処理手段（マイクロプロセッサＭＰＵ）を有し、ＭＰＵと制御装置との間で通信手段を介して通信する構成が記載されている。
【０００５】
さらに、一つの蓄電モジュールに含まれる複数の単位電池のそれぞれの基準点に対する電圧をマルチプレクサと電圧検出部によって検出し、検出した結果をＡ／Ｄコンバータを介して制御回路に供給すると共に、基準点と接続される基準接続ラインの断線を検出する電源装置が特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１００６４４号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２００９−２８９４２９号公報
【０００８】
【特許文献３】特開２００６−２８０１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
複数の蓄電モジュールを使用する場合には、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設けるようになされる。複数の蓄電モジュールによって蓄電システムを構成することは、蓄電モジュールの個数、蓄電モジュール間の接続形態（直列接続、並列接続、または直列並列接続）を蓄電システムの利用用途等に合わせて適切なものとできる利点がある。しかしながら、複数の蓄電モジュールの接続形態に応じた制御を行う制御装置が必要となる。制御装置を接続形態毎に用意することは、無駄であるので、制御装置の制御内容（プログラム）を接続形態に応じて変更することが望ましい。しかしながら、従来の蓄電装置では、複数の蓄電モジュールの接続形態が変更されることを想定しておらず、制御装置が複数の接続形態に対応することができなかった。
【００１０】
したがって、制御装置が複数の蓄電モジュールの接続形態を検出し、検出した接続形態に対応する制御内容でもって複数の蓄電モジュールを制御することができる蓄電システムおよび出力コントローラの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決するために、本願開示の蓄電システムは、それぞれが分離された構成とされ、互いに直列および／または並列に接続される複数の蓄電ユニットと、複数の蓄電ユニットの全体出力電圧の情報が供給され、複数の蓄電ユニットに対して通信路を介して接続される出力コントローラとを備え、
出力コントローラが通信路を介してなされる通信の結果、蓄電ユニットの個別出力電圧の情報を受け取り、出力コントローラが全体出力電圧の情報と、蓄電ユニットの個別出力電圧の情報とから蓄電ユニットの接続形態を判定する蓄電システムである。
本願開示の出力コントローラは、それぞれが分離された構成とされ、互いに直列および／または並列に接続される複数の蓄電ユニットと接続され、複数の蓄電ユニットの全体出力電圧の情報が供給され、
複数の蓄電ユニットに対して通信路を介して接続され、通信路を介してなされる通信の結果、蓄電ユニットの個別出力電圧の情報が入力され、
全体出力電圧の情報と、蓄電ユニットの個別出力電圧の情報とから蓄電ユニットの接続形態を判定する。
好ましくは、蓄電ユニットの数をＮとし、全体出力電圧をＶ(Total)とし、個別出力電
圧をＶ(1)，Ｖ(2)，・・・，Ｖ(N)とし、接続形態の並列数をＭとする時に、出力コント
ローラが判定式が成立するか否かを判定し、
判定式が成立する場合に、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定する。
判定式：Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)
【発明の効果】
【００１２】
本願開示によれば、複数の蓄電ユニットが直列および／または並列に接続されている場合に、出力コントローラが接続形態を検出し、検出した接続形態に対応する制御処理を行うことができる。したがって、出力コントローラまたは蓄電ユニットの汎用性を増すことができる。さらに、複数の蓄電ユニットの接続のエラーを判定することができ、蓄電システムの安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】蓄電モジュールの一例の分解斜視図である。
【図２】蓄電モジュールの一例の接続構成を示す接続図である。
【図３】蓄電システムの一例のブロック図である。
【図４】蓄電システムの他の例のブロック図である。
【図５】複数の蓄電モジュールを直列接続した構成の蓄電システムを示すブロック図である。
【図６】複数の蓄電モジュールを並列接続した構成の蓄電システムを示すブロック図である。
【図７】複数の蓄電モジュールを３並列２直列接続した構成の蓄電システムを示すブロック図である。
【図８】蓄電システムの動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【図９】蓄電システムの動作のより具体的な例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】蓄電システムの応用例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１５】
＜蓄電モジュールの一例＞
大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電ユニット（以下、蓄電モジュールと称する）を接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設ける構成が採用される。かかる構成を電池システムと称する。蓄電モジュールは、複数の電池セルとコントローラとを組み合わせた単位である。
【００１６】
図１は、蓄電モジュールＭＯＤの全体の構成を示す斜視図である。蓄電モジュールＭＯＤの外装ケースは、板金加工された金属製の外装下ケース２ａおよび外装上ケース２ｂからなる。外装下ケース２ａおよび外装上ケース２ｂの材料としては、高い熱伝導率および輻射率を有する材料を用いることが好ましい。優れた筐体放熱性を得ることができ、ケース内の温度上昇を抑制することができる。優れた筐体放熱性を有することで、ケースの開口部を最小限または廃止することができ、高い防塵防滴性を実現することができる。例えば、外装下ケース２ａおよび外装上ケース２ｂの材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金または銅または銅合金である。例えば、外装下ケース２ａおよび外装上ケース２ｂの板厚は、約１ｍｍ以上とされる。
【００１７】
ケースの背面には、蓄電モジュールＭＯＤに対して充放電のための外部正極端子３および外部負極端子４が設けられている。外部正極端子３の両側には、端子間のショートを防止するためのショート防止壁３ａが設けられている。外部負極端子４の両側には、端子間のショートを防止するためのショート防止壁４ａが設けられている。
【００１８】
さらに、蓄電モジュールＭＯＤの背面に電流遮断器５が設けられている。電流遮断器５を設けることで、電池ユニットの安全性を向上することができる。電流遮断器５の周囲には、誤作動防止部品５ａが設けられている。さらに、ケース２内に配されている制御回路との間の通信用のコネクタ部６が設けられている。制御回路は、電池ユニットの温度の監視を行い、充電、放電等を制御するために設けられている。さらに、ケースの前面には、動作状態を示すＬＥＤ等の表示素子が設けられている。
【００１９】
ケースの外装下ケース２ａが箱状の構成を有し、その開口を覆うように、外装上ケース２ｂが設けられる。外装下ケース２ａの収納スペース内に、サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４が収納される。サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４をビス止め等により固定するために、外装下ケース２ａの底面に複数のボス９が形成されている。サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４は、予めケースの外において組み立てられる。
【００２０】
各サブモジュールは、複数の電池ブロックを副収納ケースとしての絶縁性のケースによって一体化したものである。サブモジュールのケースとしては、プラスチック等のモールド部品を使用することができる。サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４は、内部の電池ブロックの正極端子および負極端子が露出しないように、複数の電池ブロックをケース内に収納するものである。
【００２１】
一つの電池ブロックは、例えば８本の円筒状リチウムイオン２次電池を並列接続したものである。サブモジュールＡＳ１およびＡＳ２は、それぞれ６個の電池ブロックを上ケースおよび下ケースによって一体化したものである。サブモジュールＡＳ３およびＡＳ４は、それぞれ２個の電池ブロックを上ケースおよび下ケースによって一体化したものである。したがって、合計（６＋６＋２＋２＝１６個）の電池ブロックが使用される。これらの電池ブロックが例えば直列に接続される。
【００２２】
＜電池ブロック間の接続＞
サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４のそれぞれにおいて、電池ブロックを直列接続するために、接続用の金属板例えばバスバーが使用される。バスバーは、細長い棒状の金属である。バスバーには、電池ブロックから導出されている接続金属板等との接続のために複数の穴が形成されている。
【００２３】
図２に示すように、それぞれ８本の電池が並列に接続された電池ブロックＢ１〜Ｂ１６（これらの電池ブロックを区別する必要がない場合には、電池ブロックＢと適宜称する。）が直列に接続されている。電池ブロックＢ１〜Ｂ１６は、それぞれ各蓄電モジュールの制御装置（以下、モジュールコントローラと適宜称する。）ＣＮＴに接続され、充放電が制御される。充放電は、外部正極端子３および外部負極端子４を介してなされる。例えば電池ブロックＢ１〜Ｂ６がサブモジュールＡＳ１に含まれており、電池ブロックＢ１１〜Ｂ１６がサブモジュールＡＳ２に含まれている。さらに、電池ブロックＢ７およびＢ１０がサブモジュールＡＳ３に含まれ、電池ブロックＢ８およびＢ９がサブモジュールＡＳ４に含まれる。
【００２４】
各電池ブロックの正負電極間の電圧等の情報がバス１０を介してモジュールコントローラＣＮＴに対して供給される。モジュールコントローラＣＮＴは、各電池ブロックの電圧、電流、および温度をモニタし、モニタした結果を内部状態の情報として出力する。例えば一つの蓄電モジュールＭＯＤは、（１６×３．５Ｖ＝５６Ｖ）を出力する。
【００２５】
＜蓄電システム＞
さらに、図３に示すように、Ｎ個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが絶縁部ＩＳを介してインターフェースバスＢＳと接続されている。各蓄電モジュールＭＯＤには、モジュールコントローラＣＮＴと外部のインターフェースバスＢＳとの間を接続するために絶縁インターフェースＩＦが設けられている。この絶縁インターフェースＩＦが蓄電モジュールＭＯＤとインターフェースバスＢＳとの間の絶縁を受け持っている。さらに、各モジュールコントローラが全体の制御装置（以下、出力コントローラと適宜称する。）ＩＣＮＴと接続され、出力コントローラＩＣＮＴが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。
【００２６】
蓄電モジュール内のバス１０、並びに蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮと出力コントローラＩＣＮＴとを接続するバスＢＳとしては、シリアルインターフェースが使用される。シリアルインターフェースとしては、具体的にＳＭバス(System Management Bus)等が
使用される。例えばＩ２Ｃバスを使用することができる。Ｉ２Ｃバスは、ＳＣＬ（シリアルクロック）と双方向のＳＤＡ（シリアル・データ）の２本の信号線で通信を行う同期式のシリアル通信である。
【００２７】
各蓄電モジュールＭＯＤのコントローラＣＮＴと出力コントローラＩＣＮＴとが通信を行う。すなわち、各蓄電モジュールの内部状態の情報を出力コントローラＩＣＮＴが受け取り、各蓄電モジュールの充電処理および放電処理が管理される。出力コントローラＩＣＮＴがＮ個の蓄電モジュールの直列接続の出力（Ｎ×５６Ｖ）を負荷に対して供給する。Ｎ＝１４の例では、出力が（１４×５６Ｖ＝７８４Ｖ）となる。
【００２８】
図４は、蓄電システムの他の例を示す。他の例では、Ｎ個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮのそれぞれは、蓄電モジュールの間を絶縁する絶縁インターフェースを有する。絶縁インターフェースとしてのホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮを通じて各蓄電モジュールのモジュールコントローラが上位或いは下位の蓄電モジュールとの間の通信、または外部の出力コントローラとの間の通信を行う。
【００２９】
最下位の蓄電モジュールＭＯＤ１に対して出力コントローラＩＣＮＴが接続される。出力コントローラＩＣＮＴは、電池システムの全体を制御する。各蓄電モジュールの内部状態の情報を出力コントローラＩＣＮＴが受け取り、各蓄電モジュールに対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各蓄電モジュールの充電および放電が制御される。Ｎ個の蓄電モジュールの直列接続の出力（Ｎ×５６Ｖ）が負荷に対して供給される。Ｎ＝１４の例では、出力が（１４×５６Ｖ＝７８４Ｖ）となる。
【００３０】
＜蓄電システム＞
複数の蓄電モジュールの接続形態を検出することができる蓄電システムの一例について以下説明する。上述したような構成をそれぞれが有し、等しい出力を発生するＮ個の蓄電モジュール、例えば６個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が使用される。図５、図６および図７は、異なる接続形態で蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が接続されている例を示す。
【００３１】
すなわち、図５は、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が全て直列に接続される例を示し、図６は、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が全て並列に接続される例を示し、図７は、蓄電モジュールＭＯＤ１，ＭＯＤ２およびＭＯＤ３が並列接続され、蓄電モジュールＭＯＤ４，ＭＯＤ５およびＭＯＤ６が並列接続され、二つの並列接続が直列接続される例を示す。図７の接続形態は、一般的な（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列の表記の場合では、（Ｍ＝２、Ｎ＝６）の例である。（Ｍ＝１）の場合は、Ｎ個の全モジュールが並列接続されることを意味する。各蓄電モジュールの外部正極端子３および外部負極端子４（図１参照）を電源接続ケーブル、接続タブ等の公知の接続手段によって接続することで、異なる接続形態を実現できる。さらに、使用する蓄電モジュールの個数は、用途等に応じて任意に設定できる。
【００３２】
複数の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６に対して共通の出力コントローラＩＣＮＴが接続されている。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６のそれぞれの出力電圧（個別出力電圧と適宜称する）をＶ(1)〜Ｖ(6)と表記し、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の全体の接続構成に関する正極端子および負極端子間に生じる電圧を全体出力電圧Ｖ(Total) と表記する。出力コントローラＩＣＮＴに対して、全体出力電圧Ｖ(Total)および各モジュー
ルの個別出力電圧Ｖ(1)〜Ｖ(6)が供給される。
【００３３】
出力コントローラＩＣＮＴは、制御部ＰＲを有する。制御部ＰＲは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などにより構成されるマイクロコンピュータである。制御部Ｐ
Ｒは、ＣＰＵに対して、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等が接続されている。制御部ＰＲは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６を統括的に管理する。
【００３４】
各モジュールの個別出力電圧Ｖ(1)〜Ｖ(6)は、各モジュールのモジュールコントローラからバスＢＳを通じて出力コントローラＩＣＮＴの制御部ＰＲに対して供給される。図示を省略しているが、各モジュールのモジュールコントローラから電流および温度に関する情報もバスＢＳを通じて出力コントローラＩＣＮＴの制御部ＰＲに対して供給される。制御部ＰＲは、ディスプレイＤＰを制御し、合成後の全体的電圧値等がディスプレイＤＰに表示される。ディスプレイＤＰは、例えば液晶表示装置である。さらに、制御部ＰＲに対して入力部ＩＵが接続されている。入力部ＩＵを通じてユーザの指示が制御部ＰＲに入力される。
【００３５】
蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の全体的な出力端子である正極端子および負極端子がコントローラＩＣＮＴに接続され、出力コントローラＩＣＮＴを通じて蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の充放電の管理がなされる。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の正極端子が出力コントローラＩＣＮＴのスイッチ回路ＳｃおよびＳｄを通じてスイッチ回路ＳＷの端子に接続される。スイッチ回路ＳｃおよびＳｄは、直列に接続されている。スイッチ回路Ｓｃと並列に放電電流を流す方向にダイオードＤｄが接続され、スイッチ回路Ｓｄと並列に充電電流を流す方向にダイオードＤｃが接続される。
【００３６】
スイッチ回路ＳＷの一方の端子ｃに対して充電装置ＣＨが接続され、スイッチ回路ＳＷの他方の端子ｄに対して負荷ＬＯが接続されている。充電装置ＣＨは、車載充電器、外部充電コネクタを通じて接続される充電器等である。これらの充電器は、例えば家庭のＡＣ電源を整流回路によって整流し、整流出力をＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電モジュールの電池に対して供給する構成とされている。さらに、太陽光発電、風力発電等によって発生した電力によって充電される場合もある。負荷ＬＯは、例えば車、バイク等の駆動用のモータ、家庭内の電気機器等である。必要に応じて、ＤＣ−ＡＣインバータを介して負荷ＬＯに電力が供給される。
【００３７】
スイッチ回路ＳＷは、制御部ＰＲからのコントロール信号によって制御される。スイッチ回路ＳＷの端子ｃが充電時に選択される。制御部ＰＲからのコントロール信号によってスイッチ回路Ｓｃがオンとされると共に、スイッチ回路Ｓｄがオフとされる。充電装置ＣＨからの充電電流がダイオードＤｃおよびスイッチ回路Ｓｃを通じて蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６に対して供給される。
【００３８】
放電時には、スイッチ回路ＳＷの端子ｄが選択される。制御部ＰＲからのコントロール信号によってスイッチ回路Ｓｃがオフとされると共に、スイッチ回路Ｓｄがオンとされる。電池システムからの放電電流がダイオードＤｄおよびスイッチ回路Ｓｄを通じて負荷ＬＯに対して供給される。スイッチ回路ＳｃおよびＳｄとしては、例えばＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を使用することができる。ＭＯＳＦ
ＥＴの寄生ダイオードがダイオードＤｃおよびＤｄとして機能する。
【００３９】
蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の全体出力電圧Ｖ(Total)が出力コントローラＩＣ
ＮＴにおいて、抵抗Ｒ１およびＲ２によって分圧される。抵抗Ｒ１およびＲ２の接続点から取り出された電圧がＡ／ＤコンバータＡＤに供給され、デジタル値に変換される。Ａ／ＤコンバータＡＤからのデジタル信号が制御部ＰＲに対して供給される。制御部ＰＲは、デジタル値に変換された全体出力電圧と、バスＢＳを介して供給される各モジュールの個別電圧Ｖ(1)〜Ｖ(6)を使用して蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の接続形態がどのようなものかを判定（検出）する。
【００４０】
＜接続形態の判定処理＞
接続形態の判定処理について図８のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示す処理は、出力コントローラＩＣＮＴの制御部ＰＲによってなされる。なお、図８および後述する図９の処理では、使用する蓄電モジュールの個数をＮ（＝１，２，・・・，Ｎ）としている。処理が開始し、最初のステップＳ１において、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６との間でなされた通信の結果、蓄電モジュールの数Ｎが判明する。
【００４１】
ステップＳ２において、電池の合計の全体出力電圧Ｖ(Total)を測定する。上述したよ
うに、Ａ／ＤコンバータＡＤの出力をＶ(Total)とする。抵抗Ｒ１およびＲ２の分圧比を
キャンセルするように、Ａ／ＤコンバータＡＤでは、入力電圧を増幅する。例えば分圧比が１／２であれば、Ａ／ＤコンバータＡＤが入力電圧を２倍とする。なお、Ａ／ＤコンバータＡＤの出力を増幅しないでも良い。その場合には、判定処理に使用する各蓄電モジュールの出力電圧に対して抵抗の分圧比に対応する係数が乗算される。さらに、抵抗分圧以外の構成によって全体出力電圧Ｖ(Total)を制御部ＰＲに供給するようにしても良い。
【００４２】
ステップＳ３において、変数（直列数）Ｍが１に設定される。ステップＳ４において、判定処理がなされる。この判定処理は、次の式で表される。
Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)
すなわち、この式が成立するかどうかが判定される。式が成立しない場合には、処理がステップＳ５に移り、式が成立する場合には、処理がステップＳ９に移る。なお、上式において、許容できる範囲の差は、検出誤差とみなし、等号が成立するものと扱われる。
【００４３】
ステップＳ４の判定結果が否定の場合には、ステップＳ５において、Ｍの値が＋１とされ、ステップＳ６において、（Ｍ≦Ｎ？）の判定処理がなされる。ステップＳ６の判定結果が肯定の場合には、処理がステップＳ４に戻り、同様の処理が繰り返される。ステップＳ６の結果が否定の場合、すなわち、（Ｍ＞Ｎ）と判定されると、ステップＳ７において、モジュール数がオーバーしていると判定され、ステップＳ８において、エラー処理がなされる。そして、処理が終了する。例えばステップＳ８において、スイッチ回路ＳｃおよびＳｄがオフされて出力が遮断されると共に、エラーメッセージの表示がディスプレイＤＰにおいてなされる。このエラー処理によって、誤接続の場合に出力を遮断できるので、システムの安全性を向上することができる。
【００４４】
ステップＳ４の判定結果が肯定の場合には、ステップＳ９において、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定される。そして、ステップＳ１０において、判定結果に応じて制御処理が行われる。そして、処理が終了する。
【００４５】
図５に示す全直列の構成では、Ｖ(Total)＝Ｖ(1)＋Ｖ(2)＋・・・・＋Ｖ(N)が成立する。したがって、Ｍ＝６の場合に、ステップＳ４の判定結果が肯定となる。この場合には、ステップＳ９の判定結果は、（６／６＝１）並列６直列となる。そして、ステップＳ１０において、全直列の場合の制御処理がなされる。
【００４６】
図６に示す全並列の構成では、Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝Ｖ(Total)が成立する。したがって、Ｍ＝１の場合に、ステップＳ４の判定結果が肯定となる。この場合には、ステップＳ９の判定結果は、（６／１＝６）並列１直列となる。そして、ステップＳ１０において、全並列の場合の制御処理がなされる。
【００４７】
図７に示す３並列２直列の構成では、Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／２）×
Ｖ(Total)が成立する。したがって、Ｍ＝２の場合に、ステップＳ４の判定結果が肯定と
なる。この場合には、ステップＳ９の判定結果は、（６／２＝３）並列２直列となる。そして、ステップＳ１０において、３並列２直列の場合の制御処理がなされる。
【００４８】
＜判定結果に応じた処理の一例＞
ステップＳ１０として示される判定結果に応じた処理の一例は、図９に示すものである。ステップＳ９において、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定されると、ステップＳ１１において、Ｍ＝１か否かが判定される。上述したように、Ｍ＝１であることは、接続形態が全並列であることを意味する。
【００４９】
ステップＳ１１の判定結果が否定の場合、すなわち、全並列でない場合には、ステップＳ１２において、直列接続されている蓄電モジュール間で出力電圧が等しくなるように、バランス動作がなされる。（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列の場合では、直列接続されている蓄電モジュール（Ｎ並列）間の出力電圧が等しくなるように、バランス動作がなされる。バランス動作は、例えばモジュールの個別出力電圧の差がしきい値以上である場合には、バランスがとれていないと判定し、例えば個別出力電圧が過大であるモジュールのみを放電させ、互いの個別出力電圧をほぼ等しくさせる処理である。バランス動作は、蓄電モジュールの劣化抑制のために行われる。ステップＳ１１の判定結果が肯定の場合、すなわち、全並列の場合には、ステップＳ１２のバランス動作がなされない。
【００５０】
ステップＳ１１の判定結果が肯定の場合、並びにステップＳ１２のバランス動作の後に、ステップＳ１３において、現在の出力電圧の電圧値がディスプレイＤＰに表示される。すなわち、Ｖ(Total)／Ｍの結果の電圧値が表示される。さらに、ステップＳ１４におい
て、現在の出力電流の電流値がディスプレイＤＰに表示される。すなわち、Ｉ(Total)／
（Ｎ／Ｍ）の結果の電流値が表示される。そして、処理が終了する。なお、ステップＳ１３の電圧値の表示は、直列接続の場合になされ、ステップＳ１４の電流値の表示は、並列接続の場合になされることが好ましい。すなわち、ステップＳ１１の判定の結果、（Ｍ＝１）の場合には、電流値の表示を行い、（Ｍ＝１）でない場合には、電圧値の表示を行うようになされる。
【００５１】
＜応用例＞
図１０を参照して応用例について説明する。例えば６個の蓄電モジュールを全て直列に接続した蓄電装置をｎ個使用し、各蓄電装置のそれぞれの出力コントローラＩＣＮＴ１〜ＩＣＮＴｎと統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎとがバスＢＳｎｎによって、接続される。統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎに対して充電装置ＣＨおよび負荷ＬＯがスイッチ回路ＳＷを介して接続される。
【００５２】
図１０に示す構成は、上述した蓄電システムと同様に動作する。すなわち、各蓄電装置の接続形態に関する検出結果の情報がコントローラＩＣＮＴ１〜ＩＣＮＴｎから統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎに供給される。この各蓄電装置の接続形態に関する検出結果に応じて統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎによって各蓄電装置が管理される。さらに、統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎが出力コントローラＩＣＮＴ１〜ＩＣＮＴｎのスイッチ回路を制御することによって、使用する蓄電装置の個数を適宜切り替えることが可能となる。
【００５３】
＜変形例＞
上述した説明では、蓄電素子として、リチウムイオン二次電池を使用している。しかしながら、リチウムイオン二次電池以外の二次電池を使用しても良い。さらに、二次電池以外の蓄電素子例えば電気二重層キャパシタ (Electric Double Layer Capaciter)を使用しても良い。
【符号の説明】
【００５４】
ＭＯＤ，ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮ・・・蓄電モジュール
ＩＣＮＴ・・・出力コントローラ
ＣＮＴ・・・各蓄電モジュールのコントローラ
ＩＣＮＴ・・・出力コントローラ
ＰＲ・・・制御部
ＤＰ・・・ディスプレイ
ＣＨ・・・充電装置
ＬＯ・・・負荷
【技術分野】
【０００１】
本願開示は、蓄電システムおよび出力コントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、リチウムイオン電池などの二次電池が自動車用蓄電池や、太陽電池、風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電装置として用いる用途が、急速に拡大している。大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電モジュールを直列に接続する構成が採用される。かかる構成を電池システムと称する。蓄電モジュールは、複数個例えば４個の単位電池（単電池、セルとも呼ばれる。以下の説明では、単に電池と適宜称する。）を並列および／または直列に接続して、電池ブロックを構成する。多数の電池ブロックが外装ケースに収納されて蓄電モジュール（組電池とも呼ばれる。）が構成される。
【０００３】
例えば特許文献１には、外装ケースとしての電池収納箱を仕切り板で区画することによって、複数の電池収納スペースを形成し、各電池収納スペースに電池ブロックを収納する構成が記載されている。
【０００４】
さらに、複数の蓄電モジュールを接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通の制御装置を設ける構成が下記の特許文献２に記載されている。特許文献２においては、各蓄電モジュールが処理手段（マイクロプロセッサＭＰＵ）を有し、ＭＰＵと制御装置との間で通信手段を介して通信する構成が記載されている。
【０００５】
さらに、一つの蓄電モジュールに含まれる複数の単位電池のそれぞれの基準点に対する電圧をマルチプレクサと電圧検出部によって検出し、検出した結果をＡ／Ｄコンバータを介して制御回路に供給すると共に、基準点と接続される基準接続ラインの断線を検出する電源装置が特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１００６４４号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２００９−２８９４２９号公報
【０００８】
【特許文献３】特開２００６−２８０１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
複数の蓄電モジュールを使用する場合には、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設けるようになされる。複数の蓄電モジュールによって蓄電システムを構成することは、蓄電モジュールの個数、蓄電モジュール間の接続形態（直列接続、並列接続、または直列並列接続）を蓄電システムの利用用途等に合わせて適切なものとできる利点がある。しかしながら、複数の蓄電モジュールの接続形態に応じた制御を行う制御装置が必要となる。制御装置を接続形態毎に用意することは、無駄であるので、制御装置の制御内容（プログラム）を接続形態に応じて変更することが望ましい。しかしながら、従来の蓄電装置では、複数の蓄電モジュールの接続形態が変更されることを想定しておらず、制御装置が複数の接続形態に対応することができなかった。
【００１０】
したがって、制御装置が複数の蓄電モジュールの接続形態を検出し、検出した接続形態に対応する制御内容でもって複数の蓄電モジュールを制御することができる蓄電システムおよび出力コントローラの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決するために、本願開示の蓄電システムは、それぞれが分離された構成とされ、互いに直列および／または並列に接続される複数の蓄電ユニットと、複数の蓄電ユニットの全体出力電圧の情報が供給され、複数の蓄電ユニットに対して通信路を介して接続される出力コントローラとを備え、
出力コントローラが通信路を介してなされる通信の結果、蓄電ユニットの個別出力電圧の情報を受け取り、出力コントローラが全体出力電圧の情報と、蓄電ユニットの個別出力電圧の情報とから蓄電ユニットの接続形態を判定する蓄電システムである。
本願開示の出力コントローラは、それぞれが分離された構成とされ、互いに直列および／または並列に接続される複数の蓄電ユニットと接続され、複数の蓄電ユニットの全体出力電圧の情報が供給され、
複数の蓄電ユニットに対して通信路を介して接続され、通信路を介してなされる通信の結果、蓄電ユニットの個別出力電圧の情報が入力され、
全体出力電圧の情報と、蓄電ユニットの個別出力電圧の情報とから蓄電ユニットの接続形態を判定する。
好ましくは、蓄電ユニットの数をＮとし、全体出力電圧をＶ(Total)とし、個別出力電
圧をＶ(1)，Ｖ(2)，・・・，Ｖ(N)とし、接続形態の並列数をＭとする時に、出力コント
ローラが判定式が成立するか否かを判定し、
判定式が成立する場合に、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定する。
判定式：Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)
【発明の効果】
【００１２】
本願開示によれば、複数の蓄電ユニットが直列および／または並列に接続されている場合に、出力コントローラが接続形態を検出し、検出した接続形態に対応する制御処理を行うことができる。したがって、出力コントローラまたは蓄電ユニットの汎用性を増すことができる。さらに、複数の蓄電ユニットの接続のエラーを判定することができ、蓄電システムの安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】蓄電モジュールの一例の分解斜視図である。
【図２】蓄電モジュールの一例の接続構成を示す接続図である。
【図３】蓄電システムの一例のブロック図である。
【図４】蓄電システムの他の例のブロック図である。
【図５】複数の蓄電モジュールを直列接続した構成の蓄電システムを示すブロック図である。
【図６】複数の蓄電モジュールを並列接続した構成の蓄電システムを示すブロック図である。
【図７】複数の蓄電モジュールを３並列２直列接続した構成の蓄電システムを示すブロック図である。
【図８】蓄電システムの動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【図９】蓄電システムの動作のより具体的な例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】蓄電システムの応用例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１５】
＜蓄電モジュールの一例＞
大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電ユニット（以下、蓄電モジュールと称する）を接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設ける構成が採用される。かかる構成を電池システムと称する。蓄電モジュールは、複数の電池セルとコントローラとを組み合わせた単位である。
【００１６】
図１は、蓄電モジュールＭＯＤの全体の構成を示す斜視図である。蓄電モジュールＭＯＤの外装ケースは、板金加工された金属製の外装下ケース２ａおよび外装上ケース２ｂからなる。外装下ケース２ａおよび外装上ケース２ｂの材料としては、高い熱伝導率および輻射率を有する材料を用いることが好ましい。優れた筐体放熱性を得ることができ、ケース内の温度上昇を抑制することができる。優れた筐体放熱性を有することで、ケースの開口部を最小限または廃止することができ、高い防塵防滴性を実現することができる。例えば、外装下ケース２ａおよび外装上ケース２ｂの材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金または銅または銅合金である。例えば、外装下ケース２ａおよび外装上ケース２ｂの板厚は、約１ｍｍ以上とされる。
【００１７】
ケースの背面には、蓄電モジュールＭＯＤに対して充放電のための外部正極端子３および外部負極端子４が設けられている。外部正極端子３の両側には、端子間のショートを防止するためのショート防止壁３ａが設けられている。外部負極端子４の両側には、端子間のショートを防止するためのショート防止壁４ａが設けられている。
【００１８】
さらに、蓄電モジュールＭＯＤの背面に電流遮断器５が設けられている。電流遮断器５を設けることで、電池ユニットの安全性を向上することができる。電流遮断器５の周囲には、誤作動防止部品５ａが設けられている。さらに、ケース２内に配されている制御回路との間の通信用のコネクタ部６が設けられている。制御回路は、電池ユニットの温度の監視を行い、充電、放電等を制御するために設けられている。さらに、ケースの前面には、動作状態を示すＬＥＤ等の表示素子が設けられている。
【００１９】
ケースの外装下ケース２ａが箱状の構成を有し、その開口を覆うように、外装上ケース２ｂが設けられる。外装下ケース２ａの収納スペース内に、サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４が収納される。サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４をビス止め等により固定するために、外装下ケース２ａの底面に複数のボス９が形成されている。サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４は、予めケースの外において組み立てられる。
【００２０】
各サブモジュールは、複数の電池ブロックを副収納ケースとしての絶縁性のケースによって一体化したものである。サブモジュールのケースとしては、プラスチック等のモールド部品を使用することができる。サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４は、内部の電池ブロックの正極端子および負極端子が露出しないように、複数の電池ブロックをケース内に収納するものである。
【００２１】
一つの電池ブロックは、例えば８本の円筒状リチウムイオン２次電池を並列接続したものである。サブモジュールＡＳ１およびＡＳ２は、それぞれ６個の電池ブロックを上ケースおよび下ケースによって一体化したものである。サブモジュールＡＳ３およびＡＳ４は、それぞれ２個の電池ブロックを上ケースおよび下ケースによって一体化したものである。したがって、合計（６＋６＋２＋２＝１６個）の電池ブロックが使用される。これらの電池ブロックが例えば直列に接続される。
【００２２】
＜電池ブロック間の接続＞
サブモジュールＡＳ１〜ＡＳ４のそれぞれにおいて、電池ブロックを直列接続するために、接続用の金属板例えばバスバーが使用される。バスバーは、細長い棒状の金属である。バスバーには、電池ブロックから導出されている接続金属板等との接続のために複数の穴が形成されている。
【００２３】
図２に示すように、それぞれ８本の電池が並列に接続された電池ブロックＢ１〜Ｂ１６（これらの電池ブロックを区別する必要がない場合には、電池ブロックＢと適宜称する。）が直列に接続されている。電池ブロックＢ１〜Ｂ１６は、それぞれ各蓄電モジュールの制御装置（以下、モジュールコントローラと適宜称する。）ＣＮＴに接続され、充放電が制御される。充放電は、外部正極端子３および外部負極端子４を介してなされる。例えば電池ブロックＢ１〜Ｂ６がサブモジュールＡＳ１に含まれており、電池ブロックＢ１１〜Ｂ１６がサブモジュールＡＳ２に含まれている。さらに、電池ブロックＢ７およびＢ１０がサブモジュールＡＳ３に含まれ、電池ブロックＢ８およびＢ９がサブモジュールＡＳ４に含まれる。
【００２４】
各電池ブロックの正負電極間の電圧等の情報がバス１０を介してモジュールコントローラＣＮＴに対して供給される。モジュールコントローラＣＮＴは、各電池ブロックの電圧、電流、および温度をモニタし、モニタした結果を内部状態の情報として出力する。例えば一つの蓄電モジュールＭＯＤは、（１６×３．５Ｖ＝５６Ｖ）を出力する。
【００２５】
＜蓄電システム＞
さらに、図３に示すように、Ｎ個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが絶縁部ＩＳを介してインターフェースバスＢＳと接続されている。各蓄電モジュールＭＯＤには、モジュールコントローラＣＮＴと外部のインターフェースバスＢＳとの間を接続するために絶縁インターフェースＩＦが設けられている。この絶縁インターフェースＩＦが蓄電モジュールＭＯＤとインターフェースバスＢＳとの間の絶縁を受け持っている。さらに、各モジュールコントローラが全体の制御装置（以下、出力コントローラと適宜称する。）ＩＣＮＴと接続され、出力コントローラＩＣＮＴが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。
【００２６】
蓄電モジュール内のバス１０、並びに蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮと出力コントローラＩＣＮＴとを接続するバスＢＳとしては、シリアルインターフェースが使用される。シリアルインターフェースとしては、具体的にＳＭバス(System Management Bus)等が
使用される。例えばＩ２Ｃバスを使用することができる。Ｉ２Ｃバスは、ＳＣＬ（シリアルクロック）と双方向のＳＤＡ（シリアル・データ）の２本の信号線で通信を行う同期式のシリアル通信である。
【００２７】
各蓄電モジュールＭＯＤのコントローラＣＮＴと出力コントローラＩＣＮＴとが通信を行う。すなわち、各蓄電モジュールの内部状態の情報を出力コントローラＩＣＮＴが受け取り、各蓄電モジュールの充電処理および放電処理が管理される。出力コントローラＩＣＮＴがＮ個の蓄電モジュールの直列接続の出力（Ｎ×５６Ｖ）を負荷に対して供給する。Ｎ＝１４の例では、出力が（１４×５６Ｖ＝７８４Ｖ）となる。
【００２８】
図４は、蓄電システムの他の例を示す。他の例では、Ｎ個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮのそれぞれは、蓄電モジュールの間を絶縁する絶縁インターフェースを有する。絶縁インターフェースとしてのホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮを通じて各蓄電モジュールのモジュールコントローラが上位或いは下位の蓄電モジュールとの間の通信、または外部の出力コントローラとの間の通信を行う。
【００２９】
最下位の蓄電モジュールＭＯＤ１に対して出力コントローラＩＣＮＴが接続される。出力コントローラＩＣＮＴは、電池システムの全体を制御する。各蓄電モジュールの内部状態の情報を出力コントローラＩＣＮＴが受け取り、各蓄電モジュールに対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各蓄電モジュールの充電および放電が制御される。Ｎ個の蓄電モジュールの直列接続の出力（Ｎ×５６Ｖ）が負荷に対して供給される。Ｎ＝１４の例では、出力が（１４×５６Ｖ＝７８４Ｖ）となる。
【００３０】
＜蓄電システム＞
複数の蓄電モジュールの接続形態を検出することができる蓄電システムの一例について以下説明する。上述したような構成をそれぞれが有し、等しい出力を発生するＮ個の蓄電モジュール、例えば６個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が使用される。図５、図６および図７は、異なる接続形態で蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が接続されている例を示す。
【００３１】
すなわち、図５は、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が全て直列に接続される例を示し、図６は、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６が全て並列に接続される例を示し、図７は、蓄電モジュールＭＯＤ１，ＭＯＤ２およびＭＯＤ３が並列接続され、蓄電モジュールＭＯＤ４，ＭＯＤ５およびＭＯＤ６が並列接続され、二つの並列接続が直列接続される例を示す。図７の接続形態は、一般的な（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列の表記の場合では、（Ｍ＝２、Ｎ＝６）の例である。（Ｍ＝１）の場合は、Ｎ個の全モジュールが並列接続されることを意味する。各蓄電モジュールの外部正極端子３および外部負極端子４（図１参照）を電源接続ケーブル、接続タブ等の公知の接続手段によって接続することで、異なる接続形態を実現できる。さらに、使用する蓄電モジュールの個数は、用途等に応じて任意に設定できる。
【００３２】
複数の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６に対して共通の出力コントローラＩＣＮＴが接続されている。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６のそれぞれの出力電圧（個別出力電圧と適宜称する）をＶ(1)〜Ｖ(6)と表記し、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の全体の接続構成に関する正極端子および負極端子間に生じる電圧を全体出力電圧Ｖ(Total) と表記する。出力コントローラＩＣＮＴに対して、全体出力電圧Ｖ(Total)および各モジュー
ルの個別出力電圧Ｖ(1)〜Ｖ(6)が供給される。
【００３３】
出力コントローラＩＣＮＴは、制御部ＰＲを有する。制御部ＰＲは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などにより構成されるマイクロコンピュータである。制御部Ｐ
Ｒは、ＣＰＵに対して、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等が接続されている。制御部ＰＲは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６を統括的に管理する。
【００３４】
各モジュールの個別出力電圧Ｖ(1)〜Ｖ(6)は、各モジュールのモジュールコントローラからバスＢＳを通じて出力コントローラＩＣＮＴの制御部ＰＲに対して供給される。図示を省略しているが、各モジュールのモジュールコントローラから電流および温度に関する情報もバスＢＳを通じて出力コントローラＩＣＮＴの制御部ＰＲに対して供給される。制御部ＰＲは、ディスプレイＤＰを制御し、合成後の全体的電圧値等がディスプレイＤＰに表示される。ディスプレイＤＰは、例えば液晶表示装置である。さらに、制御部ＰＲに対して入力部ＩＵが接続されている。入力部ＩＵを通じてユーザの指示が制御部ＰＲに入力される。
【００３５】
蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の全体的な出力端子である正極端子および負極端子がコントローラＩＣＮＴに接続され、出力コントローラＩＣＮＴを通じて蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の充放電の管理がなされる。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の正極端子が出力コントローラＩＣＮＴのスイッチ回路ＳｃおよびＳｄを通じてスイッチ回路ＳＷの端子に接続される。スイッチ回路ＳｃおよびＳｄは、直列に接続されている。スイッチ回路Ｓｃと並列に放電電流を流す方向にダイオードＤｄが接続され、スイッチ回路Ｓｄと並列に充電電流を流す方向にダイオードＤｃが接続される。
【００３６】
スイッチ回路ＳＷの一方の端子ｃに対して充電装置ＣＨが接続され、スイッチ回路ＳＷの他方の端子ｄに対して負荷ＬＯが接続されている。充電装置ＣＨは、車載充電器、外部充電コネクタを通じて接続される充電器等である。これらの充電器は、例えば家庭のＡＣ電源を整流回路によって整流し、整流出力をＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電モジュールの電池に対して供給する構成とされている。さらに、太陽光発電、風力発電等によって発生した電力によって充電される場合もある。負荷ＬＯは、例えば車、バイク等の駆動用のモータ、家庭内の電気機器等である。必要に応じて、ＤＣ−ＡＣインバータを介して負荷ＬＯに電力が供給される。
【００３７】
スイッチ回路ＳＷは、制御部ＰＲからのコントロール信号によって制御される。スイッチ回路ＳＷの端子ｃが充電時に選択される。制御部ＰＲからのコントロール信号によってスイッチ回路Ｓｃがオンとされると共に、スイッチ回路Ｓｄがオフとされる。充電装置ＣＨからの充電電流がダイオードＤｃおよびスイッチ回路Ｓｃを通じて蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６に対して供給される。
【００３８】
放電時には、スイッチ回路ＳＷの端子ｄが選択される。制御部ＰＲからのコントロール信号によってスイッチ回路Ｓｃがオフとされると共に、スイッチ回路Ｓｄがオンとされる。電池システムからの放電電流がダイオードＤｄおよびスイッチ回路Ｓｄを通じて負荷ＬＯに対して供給される。スイッチ回路ＳｃおよびＳｄとしては、例えばＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を使用することができる。ＭＯＳＦ
ＥＴの寄生ダイオードがダイオードＤｃおよびＤｄとして機能する。
【００３９】
蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の全体出力電圧Ｖ(Total)が出力コントローラＩＣ
ＮＴにおいて、抵抗Ｒ１およびＲ２によって分圧される。抵抗Ｒ１およびＲ２の接続点から取り出された電圧がＡ／ＤコンバータＡＤに供給され、デジタル値に変換される。Ａ／ＤコンバータＡＤからのデジタル信号が制御部ＰＲに対して供給される。制御部ＰＲは、デジタル値に変換された全体出力電圧と、バスＢＳを介して供給される各モジュールの個別電圧Ｖ(1)〜Ｖ(6)を使用して蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６の接続形態がどのようなものかを判定（検出）する。
【００４０】
＜接続形態の判定処理＞
接続形態の判定処理について図８のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示す処理は、出力コントローラＩＣＮＴの制御部ＰＲによってなされる。なお、図８および後述する図９の処理では、使用する蓄電モジュールの個数をＮ（＝１，２，・・・，Ｎ）としている。処理が開始し、最初のステップＳ１において、蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ６との間でなされた通信の結果、蓄電モジュールの数Ｎが判明する。
【００４１】
ステップＳ２において、電池の合計の全体出力電圧Ｖ(Total)を測定する。上述したよ
うに、Ａ／ＤコンバータＡＤの出力をＶ(Total)とする。抵抗Ｒ１およびＲ２の分圧比を
キャンセルするように、Ａ／ＤコンバータＡＤでは、入力電圧を増幅する。例えば分圧比が１／２であれば、Ａ／ＤコンバータＡＤが入力電圧を２倍とする。なお、Ａ／ＤコンバータＡＤの出力を増幅しないでも良い。その場合には、判定処理に使用する各蓄電モジュールの出力電圧に対して抵抗の分圧比に対応する係数が乗算される。さらに、抵抗分圧以外の構成によって全体出力電圧Ｖ(Total)を制御部ＰＲに供給するようにしても良い。
【００４２】
ステップＳ３において、変数（直列数）Ｍが１に設定される。ステップＳ４において、判定処理がなされる。この判定処理は、次の式で表される。
Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)
すなわち、この式が成立するかどうかが判定される。式が成立しない場合には、処理がステップＳ５に移り、式が成立する場合には、処理がステップＳ９に移る。なお、上式において、許容できる範囲の差は、検出誤差とみなし、等号が成立するものと扱われる。
【００４３】
ステップＳ４の判定結果が否定の場合には、ステップＳ５において、Ｍの値が＋１とされ、ステップＳ６において、（Ｍ≦Ｎ？）の判定処理がなされる。ステップＳ６の判定結果が肯定の場合には、処理がステップＳ４に戻り、同様の処理が繰り返される。ステップＳ６の結果が否定の場合、すなわち、（Ｍ＞Ｎ）と判定されると、ステップＳ７において、モジュール数がオーバーしていると判定され、ステップＳ８において、エラー処理がなされる。そして、処理が終了する。例えばステップＳ８において、スイッチ回路ＳｃおよびＳｄがオフされて出力が遮断されると共に、エラーメッセージの表示がディスプレイＤＰにおいてなされる。このエラー処理によって、誤接続の場合に出力を遮断できるので、システムの安全性を向上することができる。
【００４４】
ステップＳ４の判定結果が肯定の場合には、ステップＳ９において、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定される。そして、ステップＳ１０において、判定結果に応じて制御処理が行われる。そして、処理が終了する。
【００４５】
図５に示す全直列の構成では、Ｖ(Total)＝Ｖ(1)＋Ｖ(2)＋・・・・＋Ｖ(N)が成立する。したがって、Ｍ＝６の場合に、ステップＳ４の判定結果が肯定となる。この場合には、ステップＳ９の判定結果は、（６／６＝１）並列６直列となる。そして、ステップＳ１０において、全直列の場合の制御処理がなされる。
【００４６】
図６に示す全並列の構成では、Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝Ｖ(Total)が成立する。したがって、Ｍ＝１の場合に、ステップＳ４の判定結果が肯定となる。この場合には、ステップＳ９の判定結果は、（６／１＝６）並列１直列となる。そして、ステップＳ１０において、全並列の場合の制御処理がなされる。
【００４７】
図７に示す３並列２直列の構成では、Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／２）×
Ｖ(Total)が成立する。したがって、Ｍ＝２の場合に、ステップＳ４の判定結果が肯定と
なる。この場合には、ステップＳ９の判定結果は、（６／２＝３）並列２直列となる。そして、ステップＳ１０において、３並列２直列の場合の制御処理がなされる。
【００４８】
＜判定結果に応じた処理の一例＞
ステップＳ１０として示される判定結果に応じた処理の一例は、図９に示すものである。ステップＳ９において、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定されると、ステップＳ１１において、Ｍ＝１か否かが判定される。上述したように、Ｍ＝１であることは、接続形態が全並列であることを意味する。
【００４９】
ステップＳ１１の判定結果が否定の場合、すなわち、全並列でない場合には、ステップＳ１２において、直列接続されている蓄電モジュール間で出力電圧が等しくなるように、バランス動作がなされる。（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列の場合では、直列接続されている蓄電モジュール（Ｎ並列）間の出力電圧が等しくなるように、バランス動作がなされる。バランス動作は、例えばモジュールの個別出力電圧の差がしきい値以上である場合には、バランスがとれていないと判定し、例えば個別出力電圧が過大であるモジュールのみを放電させ、互いの個別出力電圧をほぼ等しくさせる処理である。バランス動作は、蓄電モジュールの劣化抑制のために行われる。ステップＳ１１の判定結果が肯定の場合、すなわち、全並列の場合には、ステップＳ１２のバランス動作がなされない。
【００５０】
ステップＳ１１の判定結果が肯定の場合、並びにステップＳ１２のバランス動作の後に、ステップＳ１３において、現在の出力電圧の電圧値がディスプレイＤＰに表示される。すなわち、Ｖ(Total)／Ｍの結果の電圧値が表示される。さらに、ステップＳ１４におい
て、現在の出力電流の電流値がディスプレイＤＰに表示される。すなわち、Ｉ(Total)／
（Ｎ／Ｍ）の結果の電流値が表示される。そして、処理が終了する。なお、ステップＳ１３の電圧値の表示は、直列接続の場合になされ、ステップＳ１４の電流値の表示は、並列接続の場合になされることが好ましい。すなわち、ステップＳ１１の判定の結果、（Ｍ＝１）の場合には、電流値の表示を行い、（Ｍ＝１）でない場合には、電圧値の表示を行うようになされる。
【００５１】
＜応用例＞
図１０を参照して応用例について説明する。例えば６個の蓄電モジュールを全て直列に接続した蓄電装置をｎ個使用し、各蓄電装置のそれぞれの出力コントローラＩＣＮＴ１〜ＩＣＮＴｎと統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎとがバスＢＳｎｎによって、接続される。統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎに対して充電装置ＣＨおよび負荷ＬＯがスイッチ回路ＳＷを介して接続される。
【００５２】
図１０に示す構成は、上述した蓄電システムと同様に動作する。すなわち、各蓄電装置の接続形態に関する検出結果の情報がコントローラＩＣＮＴ１〜ＩＣＮＴｎから統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎに供給される。この各蓄電装置の接続形態に関する検出結果に応じて統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎによって各蓄電装置が管理される。さらに、統合出力コントローラＩＣＮＴｎｎが出力コントローラＩＣＮＴ１〜ＩＣＮＴｎのスイッチ回路を制御することによって、使用する蓄電装置の個数を適宜切り替えることが可能となる。
【００５３】
＜変形例＞
上述した説明では、蓄電素子として、リチウムイオン二次電池を使用している。しかしながら、リチウムイオン二次電池以外の二次電池を使用しても良い。さらに、二次電池以外の蓄電素子例えば電気二重層キャパシタ (Electric Double Layer Capaciter)を使用しても良い。
【符号の説明】
【００５４】
ＭＯＤ，ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮ・・・蓄電モジュール
ＩＣＮＴ・・・出力コントローラ
ＣＮＴ・・・各蓄電モジュールのコントローラ
ＩＣＮＴ・・・出力コントローラ
ＰＲ・・・制御部
ＤＰ・・・ディスプレイ
ＣＨ・・・充電装置
ＬＯ・・・負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが分離された構成とされ、互いに直列および／または並列に接続される複数の蓄電ユニットと、複数の前記蓄電ユニットの全体出力電圧の情報が供給され、複数の前記蓄電ユニットに対して通信路を介して接続される出力コントローラとを備え、
前記出力コントローラが前記通信路を介してなされる通信の結果、前記蓄電ユニットの個別出力電圧の情報を受け取り、前記出力コントローラが前記全体出力電圧の情報と、前記蓄電ユニットの個別出力電圧の情報とから前記蓄電ユニットの接続形態を判定する蓄電システム。
【請求項２】
前記蓄電ユニットの数をＮとし、前記全体出力電圧をＶ(Total)とし、前記個別出力電
圧をＶ(1)，Ｖ(2)，・・・，Ｖ(N)とし、前記接続形態の並列数をＭとする時に、前記出
力コントローラが判定式が成立するか否かを判定し、
前記判定式が成立する場合に、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定する請求項１に記載の蓄電システム。
判定式：Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)
【請求項３】
前記出力コントローラが前記蓄電ユニットの接続形態の判定結果に応じて、前記蓄電ユニットを制御する請求項１または２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記蓄電ユニットは、複数の蓄電素子が収納ケースに収納され、
前記収納ケースに、前記蓄電素子の電極端子と接続される外部電極端子と、前記蓄電素子を管理する蓄電ユニットコントローラと接続される通信端子を設けた請求項１〜３の何れかに記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記出力コントローラは、（電圧値の総和）／Ｍおよび（電流値の総和）／（Ｎ／Ｍ）の少なくとも一方を表示装置に表示する請求項１〜４の何れかに記載の蓄電システム。
【請求項６】
前記出力コントローラが前記Ｍの値を１として判定の処理を行い、前記判定式が成立しない場合には、（Ｍ＝Ｎ）まで、順にＭの値を＋１して前記判定式が成立するか否かを判定し、
（Ｍ＞Ｎ）の場合には、エラー処理を行う請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項７】
前記出力コントローラが前記蓄電ユニットの接続形態に直列接続が存在すると判定すると、前記直列接続の間の出力電圧をほぼ等しくするバランス動作を行うように、前記蓄電ユニットを制御する請求項３に記載の蓄電システム。
【請求項８】
それぞれが分離された構成とされ、互いに直列および／または並列に接続される複数の蓄電ユニットと接続され、複数の前記蓄電ユニットの全体出力電圧の情報が供給され、
複数の前記蓄電ユニットに対して通信路を介して接続され、前記通信路を介してなされる通信の結果、前記蓄電ユニットの個別出力電圧の情報が入力され、
前記全体出力電圧の情報と、前記蓄電ユニットの個別出力電圧の情報とから前記蓄電ユニットの接続形態を判定する出力コントローラ。
【請求項９】
前記蓄電ユニットの数をＮとし、前記全体出力電圧をＶ(Total)とし、前記個別出力電
圧をＶ(1)，Ｖ(2)，・・・，Ｖ(N)とし、前記接続形態の並列数をＭとする時に、判定式
が成立するか否かを判定し、
前記判定式が成立する場合に、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定する請求項８に記載の出力コントローラ。
判定式：Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)
【請求項１０】
前記出力コントローラが前記蓄電ユニットの接続形態の判定結果に応じて、前記蓄電ユニットを制御する請求項８または９に記載の出力コントローラ。
【請求項１１】
前記出力コントローラは、（Ｖ(Total)／Ｍ）の電圧値を表示装置に表示する請求項8
〜１０の何れかに記載の出力コントローラ。
【請求項１】
それぞれが分離された構成とされ、互いに直列および／または並列に接続される複数の蓄電ユニットと、複数の前記蓄電ユニットの全体出力電圧の情報が供給され、複数の前記蓄電ユニットに対して通信路を介して接続される出力コントローラとを備え、
前記出力コントローラが前記通信路を介してなされる通信の結果、前記蓄電ユニットの個別出力電圧の情報を受け取り、前記出力コントローラが前記全体出力電圧の情報と、前記蓄電ユニットの個別出力電圧の情報とから前記蓄電ユニットの接続形態を判定する蓄電システム。
【請求項２】
前記蓄電ユニットの数をＮとし、前記全体出力電圧をＶ(Total)とし、前記個別出力電
圧をＶ(1)，Ｖ(2)，・・・，Ｖ(N)とし、前記接続形態の並列数をＭとする時に、前記出
力コントローラが判定式が成立するか否かを判定し、
前記判定式が成立する場合に、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定する請求項１に記載の蓄電システム。
判定式：Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)
【請求項３】
前記出力コントローラが前記蓄電ユニットの接続形態の判定結果に応じて、前記蓄電ユニットを制御する請求項１または２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記蓄電ユニットは、複数の蓄電素子が収納ケースに収納され、
前記収納ケースに、前記蓄電素子の電極端子と接続される外部電極端子と、前記蓄電素子を管理する蓄電ユニットコントローラと接続される通信端子を設けた請求項１〜３の何れかに記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記出力コントローラは、（電圧値の総和）／Ｍおよび（電流値の総和）／（Ｎ／Ｍ）の少なくとも一方を表示装置に表示する請求項１〜４の何れかに記載の蓄電システム。
【請求項６】
前記出力コントローラが前記Ｍの値を１として判定の処理を行い、前記判定式が成立しない場合には、（Ｍ＝Ｎ）まで、順にＭの値を＋１して前記判定式が成立するか否かを判定し、
（Ｍ＞Ｎ）の場合には、エラー処理を行う請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項７】
前記出力コントローラが前記蓄電ユニットの接続形態に直列接続が存在すると判定すると、前記直列接続の間の出力電圧をほぼ等しくするバランス動作を行うように、前記蓄電ユニットを制御する請求項３に記載の蓄電システム。
【請求項８】
それぞれが分離された構成とされ、互いに直列および／または並列に接続される複数の蓄電ユニットと接続され、複数の前記蓄電ユニットの全体出力電圧の情報が供給され、
複数の前記蓄電ユニットに対して通信路を介して接続され、前記通信路を介してなされる通信の結果、前記蓄電ユニットの個別出力電圧の情報が入力され、
前記全体出力電圧の情報と、前記蓄電ユニットの個別出力電圧の情報とから前記蓄電ユニットの接続形態を判定する出力コントローラ。
【請求項９】
前記蓄電ユニットの数をＮとし、前記全体出力電圧をＶ(Total)とし、前記個別出力電
圧をＶ(1)，Ｖ(2)，・・・，Ｖ(N)とし、前記接続形態の並列数をＭとする時に、判定式
が成立するか否かを判定し、
前記判定式が成立する場合に、（Ｎ／Ｍ）並列Ｍ直列と判定する請求項８に記載の出力コントローラ。
判定式：Ｖ(1)＝Ｖ(2)＝・・・・＝Ｖ(N)＝（１／Ｍ）×Ｖ(Total)
【請求項１０】
前記出力コントローラが前記蓄電ユニットの接続形態の判定結果に応じて、前記蓄電ユニットを制御する請求項８または９に記載の出力コントローラ。
【請求項１１】
前記出力コントローラは、（Ｖ(Total)／Ｍ）の電圧値を表示装置に表示する請求項8
〜１０の何れかに記載の出力コントローラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−９０４８５（Ｐ２０１２−９０４８５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３７０１３（Ｐ２０１０−２３７０１３）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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