JP6129095B2 - 蓄電装置の電流遮断検出回路及び電流遮断検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタなどのキャパシタやリチウムイオンバッテリーなどのバッテリーを複数備えてなる蓄電モジュールに設けられた電流遮断手段による電流の遮断を検出するための電流遮断検出回路及び電流遮断検出方法に関する。

従来、高電圧、大容量の蓄電装置として、複数個の電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどから構成されるキャパシタセルや、複数個のリチウムイオンバッテリーなどから構成されるバッテリーセルなどの蓄電セルが複数個接続されて構成される蓄電モジュールが知られている。

また、さらなる高電圧化、大容量化を目的として、このような蓄電モジュールを複数接続して構成される蓄電装置も知られている。
このような蓄電装置には、異常な負荷などにより異常電流が流れ続けて蓄電モジュールが故障しないように、異常電流が流れた場合に溶断して蓄電モジュールからの出力を中止させるヒューズや遮断器などの電流遮断手段が設けられている。

図３は、従来の蓄電装置の回路構成を説明するための概略回路図である。
図３に示すように、蓄電装置１００は、複数個の蓄電セルＸ_n（ｎは１〜ｍの自然数）と該蓄電セルＸ_nの充放電を制御する制御回路Ｙ_nとを有する蓄電モジュールＺ_nが複数直列に接続された蓄電モジュール部１０２と、制御回路Ｙ_nの制御を行う演算処理手段１０４と、蓄電装置１００から電力を出力するための一方の出力端子１０６及び他方の出力端子１０８とを備えている。

また、演算処理手段１０４と各制御回路Ｙ₁〜Ｙ_mとはシリアル通信線１１０によってデイジーチェーン接続されている。
このように構成された蓄電装置１００では、演算処理手段１０４からシリアル通信線１１０を介して制御回路Ｙ₁に対し、起動や停止といった制御信号を送信している。

制御回路Ｙ₁は、受信した制御信号に基づき、制御回路Ｙ₁が制御を担っている蓄電セルＸ₁の充放電制御を行うとともに、シリアル通信線１１０を介して制御信号を制御回路Ｙ₂に送信する。

このように、制御回路Ｙ₁〜Ｙ_mには、シリアル通信線１１０を介して制御信号が順次送られ、最終的には、制御回路Ｙ_nから演算処理手段１０４に制御信号が送信されることになる。

演算処理手段１０４では、送信した制御信号と戻ってきた制御信号とを比較することによって、制御回路Ｙ₁〜Ｙ_m全てに対し正しい制御信号が送信されたか否かを判定しており、蓄電装置１００の信頼性を向上させている。演算処理手段１０４での判定としては、例えば、送信した制御信号と戻ってきた制御信号とが異なる場合には、制御回路Ｙ₁〜Ｙ_mのいずれかで誤った制御が行われていると判定することができる。

また、蓄電セルＸ₁と一方の出力端子１０６との間には、異常な高電流が流れた場合に溶断して、蓄電装置１００から電力を出力しないようにするためのヒューズ１１２が設けられている。

なお、各制御回路Ｙ₁〜Ｙ_mは、動作のための電力を蓄電セルＸ₁〜Ｘ_mからそれぞれ電力供給線１０８ａ，１０８ｂを介して供給されている。

特開２０１０−１９３５８９号公報

しかしながら、このような蓄電装置１００が並列に複数接続された蓄電システムでは、複数の蓄電装置のうち、一つの蓄電装置１００のヒューズ１１２が溶断したとしても、蓄電システムとしての出力電圧は変わらない。

このため、蓄電システムの出力電圧を監視しているだけでは、蓄電装置１００のヒューズ１１２が溶断したか否か、どの蓄電装置１００のヒューズ１１２が溶断したかを検出することができない。

蓄電システムを構成する蓄電装置のいずれかが、ヒューズが溶断し使用できない状態で蓄電システムを使用し続けると、他の蓄電装置にかかる負荷が大きくなり、蓄電システムの寿命を縮めたり、蓄電セルの故障の原因となったりしてしまう。

本発明では、このような現状を鑑み、蓄電装置のヒューズの溶断を容易かつ確実に検出することができる蓄電装置の電流遮断検出回路及び電流遮断検出方法を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような目的を達成するために発明されたものであって、本発明の蓄電装置の電流遮断検出回路は、
複数個の蓄電セルと該蓄電セルの充放電を制御する制御回路とを有する蓄電モジュールと、前記制御回路の制御を行う演算処理手段と、前記蓄電セルから電力を出力するための一方の出力端子及び他方の出力端子と、前記蓄電セルと前記一方の出力端子との間に設けられた電流遮断手段とを備え、前記蓄電モジュールが複数接続された蓄電装置の電流遮断検出回路であって、
前記電流遮断手段と前記一方の出力端子との間の電位に基づく電圧値を測定する溶断検出用電圧測定手段を備え、
前記演算処理手段において、前記溶断検出用電圧測定手段によって測定された電流遮断手段−出力端子間の電圧値と、前記制御回路によって測定された前記蓄電セルの電圧値とを比較することによって、前記電流遮断手段による電流の遮断を検出するように構成されていることを特徴とする。

このように構成することによって、電流遮断手段前後の電位の変化を比較することによって、蓄電装置毎に電流遮断手段による電流の遮断がされているか否かを容易かつ確実に検出することができる。

したがって、蓄電装置を並列に複数接続した蓄電システムなどであっても、どの蓄電装置の電流遮断手段が作動して、電流の遮断が生じているかを検出することができ、早期に対処することができるため、蓄電システムの寿命を延ばし、蓄電セルの故障を防止することができる。

このような電流遮断検出回路では、前記電流遮断手段−出力端子間の電圧値と、前記蓄電セルの電圧値とに、所定の電圧値以上の差が生じた場合に、前記演算処理手段がヒューズ溶断検知出力を送信するように構成することが好ましい。

この場合、前記演算処理手段が、前記蓄電装置外の装置と通信するための入出力手段を備えており、前記電流遮断検知出力を、前記入出力手段を介して送信することができる。

また、前記演算処理手段が、前記電流遮断検知出力を受信した場合に使用者に報知する報知手段を備えていても構わない。
このように構成することにより、演算処理手段によって容易かつ確実に電流の遮断を検出することができ、また、電流の遮断を検出した場合には、使用者や蓄電システムのマスターコントローラなどに確実に電流の遮断を報知することができる。

このため、蓄電装置の電流の遮断に気付かずに蓄電システムを使用し続けてしまうようなことを防止できるため、蓄電システムを長寿命化でき、蓄電セルの故障を防ぐことができる。

また、前記溶断検出用電圧測定手段が、分圧回路を備えていることが好ましい。
このように、溶断検出用電圧測定手段に分圧回路を備えることで、溶断検出用電圧測定手段から制御回路や演算処理手段に高い電圧が入力されることがなく、制御回路や演算処理手段が故障することを防止できる。

また、本発明の電流遮断検出方法は、複数個の蓄電セルと該蓄電セルの充放電を制御する制御回路とを有する蓄電モジュールと、前記制御回路の制御を行う演算処理手段と、前記蓄電セルから電力を出力するための一方の出力端子及び他方の出力端子と、前記蓄電セルと前記一方の出力端子との間に設けられた電流遮断手段とを備え、前記蓄電モジュールが複数接続された蓄電装置の電流遮断検出方法であって、
前記電流遮断手段と前記一方の出力端子との間の電位に基づく出力電圧を測定するとともに、前記蓄電モジュールのモジュール電圧を測定し、
前記出力電圧と、前記モジュール電圧とを比較することによって、前記電流遮断手段による電流の遮断を検出することを特徴とする。

このように、電流遮断手段前後の電位の変化を比較することによって、蓄電装置毎に電流遮断手段による電流の遮断がされているか否かを容易かつ確実に検出することができる。
したがって、蓄電装置を並列に複数接続した蓄電システムなどであっても、どの蓄電装置の電流遮断手段が作動して、電流の遮断が生じているかを検出することができ、早期に対処することができるため、蓄電システムの寿命を延ばし、蓄電セルの故障を防止することができる。

このような電流遮断検出方法では、前記出力電圧と、前記モジュール電圧とに、所定の電圧値以上の差が生じた場合に、前記電流遮断手段により電流が遮断されていると検出することができる。

本発明によれば、電流遮断手段−出力端子間の電位に基づく電圧値を監視することにより、電流遮断手段前後の電位の変化によって電流遮断手段による電流の遮断を容易かつ確実に検知することができる。

図１は、本実施例の電流遮断検出回路を説明するための蓄電装置の概略回路図である。 図２は、演算処理装置における電流遮断検出の流れを示すフロー図である。 図３は、従来の蓄電装置の回路構成を説明するための概略回路図である。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を、図面に基づいてより詳細に説明する。なお、本実施例の実施形態を以下に記すが、本発明はこの実施形態に限られるものではない。また、本発明に用いられる実施形態においては、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンバッテリーなどの蓄電セルを用いた蓄電モジュール、蓄電装置及び蓄電システムに好適に用いることができる。

図１は、本実施例の電流遮断検出回路を説明するための蓄電装置の概略回路図である。
図１に示すように、本実施例の蓄電装置１０は、複数個の蓄電セルＣ_n（ｎは１〜ｍの自然数）と該蓄電セルＣ_nの充放電を制御する制御回路Ｄ_nとを有する蓄電モジュールＭ_nと、制御回路Ｄ₁〜Ｄ_mの制御を行う演算処理手段１４と、蓄電装置１０から電力を出力するための一方の出力端子１６及び他方の出力端子１８とを備えている。

なお、図１に示すように、演算処理手段１４と制御回路Ｄ_nとが通信線２４によって接続されているとともに、制御回路Ｄ₁〜Ｄ_mは通信線２４によって直列に接続されている。このように構成された蓄電装置１０では、演算処理手段１４から送信された制御命令は、制御回路Ｄ_nから制御回路Ｄ₁へと順次転送されることになる。
また、制御回路Ｄ₁〜Ｄ_mは、動作のための電力を蓄電セルＣ₁〜Ｃ_mからそれぞれ電力供給線２２ａ，２２ｂを介して供給されている。

制御回路Ｄ₁〜Ｄ_mは、演算処理手段１４から送信された制御命令に基づき、それぞれが制御を担う蓄電セルＣ_nの充放電制御を行うとともに、それぞれが担う蓄電セルＣ_nの電圧値を測定して、演算処理手段１４に送信する機能を有している。

なお、制御回路Ｄ_nにおいて測定された蓄電セルＣ_nの電圧値は、制御回路Ｄ₁〜Ｄ_mを順次転送されて演算処理手段１４に送信されることになる。
また、演算処理手段１４は、例えば、蓄電装置１０を複数接続して構成された蓄電システムを制御する制御装置など、蓄電装置１０外のさらに上位の制御装置と通信するための入出力手段１５を備えており、例えば、制御回路Ｄ_nによって測定された蓄電セルＣ_nの電圧値に基づき、蓄電装置１０の電圧値を算出して出力することなどが可能なように構成されている。

また、蓄電セルＣ₁と一方の出力端子１６との間には、異常な高電流が流れた場合に電流を遮断して、蓄電装置１０から電力を出力しないようにするための電流遮断手段２０が設けられているとともに、電流遮断手段２０と出力端子１６との間には、電流遮断手段２０−出力端子１６間の電圧を測定するための電流遮断検出用電圧測定手段２６が設けられている。

なお、電流遮断手段２０は、異常によって回路に定格以上の電流が流れた場合に、電流を遮断して回路を保護する手段であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ヒューズや遮断器などを用いることができる。

本実施例において、電流遮断検出用電圧測定手段２６は、電流遮断手段２０−出力端子１６間と制御回路Ｄ₁−制御回路Ｄ₂間との間に設けられた抵抗体Ｒ₁及びＲ₂を有する分圧回路によって構成されており、出力電圧Ｖ_outが制御回路Ｄ₁に入力されるように構成されている。なお、符号２３は、制御回路Ｄ₁から一方の出力端子１６へ電流が流れないようにするための、例えば、ダイオードなどの整流素子である。

このように電流遮断検出用電圧測定手段２６により測定された出力電圧Ｖ_outは、制御回路Ｄ₁〜Ｄ_mを介して演算処理手段１４に送信される。
一方で、制御回路Ｄ_nは蓄電セルＣ_nの電圧値を測定するとともに、演算処理手段１４に蓄電セルＣ_nの電圧値が送信される。

図２に示すように、演算処理手段１４では、蓄電セルＣ_nの電圧値を常時もしくは定期的に監視しており（Ｓ１）、所定時間内に蓄電セルＣ_nの電圧値に変化があった場合には、以下のような処理が行われる。

まず、蓄電セルＣ_nの電圧値に基づいて、蓄電モジュールＭ_nのモジュール電圧Ｖ_Mが算出される。このモジュール電圧Ｖ_Mと、出力電圧Ｖ_outとを比較し、ている（Ｓ２）。

電流遮断手段２０が電流を遮断していない場合には、電流遮断検出用電圧測定手段２６により測定された出力電圧Ｖ_outと、モジュール電圧Ｖ_Mは、一定の比率に保たれている。

すなわち、出力電圧Ｖ_outとモジュール電圧Ｖ_Mとが、所定の電圧値以内の一定の電圧差に保たれている。この場合には、電流遮断手段２０による電流の遮断が生じていないと判断し（Ｓ３）、電流の遮断の検出を継続する。

しかしながら、電流遮断手段２０が溶断した場合には、電流遮断検出用電圧測定手段２６により測定された出力電圧Ｖ_outが大きく変化することになるため、制御回路Ｄ₁により測定されたモジュール電圧Ｖ_Mとのバランスが崩れ、出力電圧Ｖ_outとモジュール電圧Ｖ_Mとに所定の電圧値以上の差が生じる。

演算処理手段１４において、出力電圧Ｖ_outとモジュール電圧Ｖ_Mとに所定の電圧値以上の電圧差が生じたと判定された場合には、電流遮断手段２０による電流の遮断が生じていると判断し（Ｓ４）、入出力手段１５を介して電流遮断検知出力を送信（Ｓ５）し、蓄電システムや使用者に電流遮断手段による電流の遮断を報知するように構成されている。

なお、本実施例では、入出力手段１５を介して電流遮断手段による電流の遮断を報知するように構成しているが、例えば、電流遮断検知出力を受信した場合に光や音などによって使用者に報知する報知手段を設けるように構成してもよい。

また、本実施例では、電流遮断検出用電圧測定手段２６として、電流遮断手段２０−出力端子１６間と制御回路Ｄ₁−制御回路Ｄ₂間との間に設けられた分圧回路を用いているが、電流遮断手段２０−出力端子１６間の電圧を測定すればよく、分圧回路の一端をどの制御回路間に接続してもよく、また、分圧回路の一端を接地することで、電流遮断手段２０−出力端子１６間の電位を測定するように構成することもできる。

このように、電流遮断検出用電圧測定手段２６としては、電流遮断手段２０−出力端子１６間の電位に基づく電圧値が測定されるものであれば、どのような構成のものであっても構わない。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明してきたが、本発明はこれに限定されることは無く、上記実施例では、制御回路Ｄ_nにおいて、蓄電セルＣ_nの電圧値を測定したり充放電の制御を行ったりしているだけであるが、蓄電セルＣ_n間の電圧バランスを補正するための均等化制御を行うように構成してもよいなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１０ 蓄電装置
１２ 蓄電モジュール部
１４ 演算処理手段
１５ 入出力手段
１６ 出力端子
１８ 出力端子
２０ 電流遮断手段
２２ａ 電力供給線
２２ｂ 電力供給線
２３ 整流素子
２４ 通信線
２６ 電流遮断検出用電圧測定手段
Ｃ_n 蓄電セル
Ｄ_n 制御回路
Ｍ_n 蓄電モジュール
Ｒ₁ 抵抗体
Ｒ₂ 抵抗体
１００ 蓄電装置
１０２ 蓄電モジュール部
１０４ 演算処理手段
１０６ 出力端子
１０８ 出力端子
１０９ａ 電力供給線
１０９ｂ 電力供給線
１１０ シリアル通信線
１１２ ヒューズ
Ｘ_n 蓄電セル
Ｙ_n 制御回路
Ｚ_n 蓄電モジュール

Claims (7)

1. 複数個の蓄電セルと該蓄電セルの充放電を制御する制御回路とを有する蓄電モジュールと、前記制御回路の制御を行う演算処理手段と、前記蓄電セルから電力を出力するための一方の出力端子及び他方の出力端子と、前記蓄電セルと前記一方の出力端子との間に設けられた電流遮断手段とを備え、前記蓄電モジュールが複数接続された蓄電装置の電流遮断検出回路であって、
   前記電流遮断手段と前記一方の出力端子との間の電位に基づく電圧値を測定する電流遮断検出用電圧測定手段を備え、
   前記演算処理手段において、前記電流遮断検出用電圧測定手段によって測定された電流遮断手段−出力端子間の出力電圧と、前記制御回路によって測定された前記蓄電モジュールのモジュール電圧とを比較することによって、前記電流遮断手段による電流の遮断を検出するように構成されていることを特徴とする電流遮断検出回路。
2. 前記出力電圧と、前記モジュール電圧とに、所定の電圧値以上の差が生じた場合に、前記演算処理手段が電流遮断検知出力を送信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電流遮断検出回路。
3. 前記演算処理手段が、前記蓄電装置外の装置と通信するための入出力手段を備えており、前記電流遮断検知出力を、前記入出力手段を介して送信することを特徴とする請求項２に記載の電流遮断検出回路。
4. 前記演算処理手段が、前記電流遮断検知出力を受信した場合に使用者に報知する報知手段を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の電流遮断検出回路。
5. 前記電流遮断検出用電圧測定手段が、分圧回路を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電流遮断検出回路。
6. 複数個の蓄電セルと該蓄電セルの充放電を制御する制御回路とを有する蓄電モジュールと、前記制御回路の制御を行う演算処理手段と、前記蓄電セルから電力を出力するための一方の出力端子及び他方の出力端子と、前記蓄電セルと前記一方の出力端子との間に設けられた電流遮断手段とを備え、前記蓄電モジュールが複数接続された蓄電装置の電流遮断検出方法であって、
   前記電流遮断手段と前記一方の出力端子との間の電位に基づく出力電圧を測定するとともに、前記蓄電モジュールのモジュール電圧を測定し、
   前記出力電圧と、前記モジュール電圧とを比較することによって、前記電流遮断手段による電流の遮断を検出することを特徴とする電流遮断検出方法。
7. 前記出力電圧と、前記モジュール電圧とに、所定の電圧値以上の差が生じた場合に、前記電流遮断手段により電流が遮断されていると検出することを特徴とする請求項６に記載の電流遮断検出方法。

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