监视装置和使用了该监视装置的蓄电装置控制系统、铁路车辆的制作方法

专利名称：监视装置和使用了该监视装置的蓄电装置控制系统、铁路车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及监视蓄电池的监视装置和使用了该监视装置的蓄电装置 控制系统、铁路车辆。
背景技术：
可重复进行充电和放电的蓄电池容易作为电源装置使用，在从便携式终端和笔记本PC的屯源到混合汽车的动力源中广泛使用。蓄电池由其化学特性来决定适当存储的能量和合适的充放电电流。若 超过这些来进行充放电，则化学特性变化，性能降低或损坏。因此，为了 使蓄电池耐久，需要边看蓄电池的状态边适当调整充放电。由此，在利用蓄电池的系统中，通常具有检测蓄电池的电压等状态的 监视装置，将检测出的蓄电池的状态信息传到充放电控制部，并基于此来 控制充放电。在汽车这种输出规模大的系统中使用蓄电池时，为了确保大功率和大 能量容量，而串联连接多个蓄电池(专利文献1)。这时，每个按某种程 度进行连接的小规模串联连接具有监视装置，若充放电控制部可与其分别 进行连接，则监视装置的尺寸和布线上都很方便。专利文献1日本特开2003 — 70179号公报在作为汽车的动力源的用途中，多个串联连接的蓄电池整体为几百伏 的高电压。由于监视装置通过传感器与蓄电池相连，或与其很靠近，所以 需要实施防止高电压造成的破坏用的适当的绝缘。其中使用了以光电耦合 器为基础的绝缘元件，但由此成本很高。根据专利文献l的方法，在一列连接伴随多个串联连接的蓄电池的多 个监视装置(电池单元控制器)时，其间不需要通过光电耦合器来进行绝 缘。与另外设置的充放电控制部(电池控制器)的通信路径限于串联连接 两端的监视装置，通过具有串联连接的多个蓄电池的耐压而仅绝缘该两个
位置，从而低价地构成蓄电装置。但是，专利文献1的蓄电装置以面向电动汽车或混合电动汽车为144 伏左右的电压、只要是可用比较低廉的光电耦合来绝缘的程度就可以了作 为前提。在面向比其规模大的系统、例如混合铁路车辆而串联连接多个蓄电池直到达到与架线电压相当的1500伏的情况下，需要耐1500伏高压的 绝缘元件。这种高耐压元件价格高昂。发明内容本发明的目的是提供一种在这种使用了串联连接多个蓄电池后的高 电压的组电池的情况下，通过简单且低价的构成，可使蓄电池寿命长的监 视装置和使用了该监视装置的蓄电装置控制系统。为了解决上述问题，本发明为以下结构，其中包括组电池，串联连接 了多个由多个蓄电池构成的部分组电池；多个监视装置，监视多个部分组 电池，并分别进行串联连接；控制装置，其控制组电池的充放电；通信路 径，其从控制装置向相邻于控制装置的监视装置传送信息；多个监视装置 分别具有多个处理单元，根据多个部分组电池的状态来生成充放电控制信 息；电源单元，其可以接受来自所监视的部分组电池的电能；第l通信单 元，其与相邻于一侧配置的监视装置或控制装置进行通信；第2通信单元， 其与在另一侧相邻配置的监视装置进行通信；绝缘单元，其配置在处理单 元和第1通信单元或第2通信单元之间，通过部分组电池的电压以上的耐 压来进行绝缘。在可与由多个蓄电池构成的部分组电池、控制部分组电池的充放电的 控制装置连接使用，且监视部分组电池，还可与其他监视装置相连的监视 装置中，包括处理单元，其根据部分组电池的状态来生成充放电控制信 息；电源单元，其可接受来自所监视的部分组电池的电能；第l通信单元， 其与相邻于一侧配置的监视装置或控制装置进行通信；第2通信单元，其 与相邻于另一侧进行配置的监视装置进行通信；绝缘单元，其配置在处理 单元和第1通信单元或第2的通信单元之间，通过部分组电池的电压以上 的耐压来绝缘。包括组电池，由多个蓄电池构成的部分组电池多个串联连接而构成;
和多个监视装置，监视多个部分组电池，且分别进行串联连接；控制装置， 其控制电池的充放电，多个监视装置分别包括多个处理单元，根据多个 部分组电池的状态来生成充放电控制信息；第l通信单元，其与相邻于一 侧进行配置的监视装置或控制装置进行通信；第2通信单元，其与相邻于 另一侧进行配置的监视装置进行通信；绝缘单元，其配置在处理单元和第 1通信单元及第2通信单元之间，绝缘部分组电池的电压。即使在使用了串联连接多个蓄电池的高电压的组电池的情况下，也可 通过简单且低价的结构，来提供可使蓄电池寿命长监视装置和使用了该监 视装置的蓄电装置控制系统。


图1是表示本发明的蓄电装置控制系统的一实施例的图；图2是表示图1的控制装置取得电池模块的状态用的通信的情形的图；图3是表示操作了图1的控制装置中的中继时的各电源单元和断路器的状态变化的图；图4是表示本发明的蓄电装置控制系统的另一实施例的图；图5是表示利用了本发明的蓄电装置控制系统的铁路车辆动力装置的一实施例的图；图6是表示本发明的蓄电装置控制系统的另一实施例的图； 图7是表示图6所示的电源单元的一实施例的图； 图8是表示图6所示的控制装置取得电池模块的状态信息用的通信情 形的图；图9是表示启动和终止图6所示的监视装置的顺序的图。 图中1d—负载，ctl、 ctl， _控制装置，b —组电池，bl、 b2、 b3 — 电池模块，gnd—基准电位，br—断路器，ccl、 cc2、 cc3 —电压传感器， mol、 mo2、 mo3、 mol， 、 mo2， 、 mo3，一监视装置，pl、 p2、 p3 —电源 单元，rl、 r2、 r3 —接点，icl、 ic2、 ic3—电源元件，ml、 m2、 m3、 tm— 微机，rcl、 rc2、 rc3 —电源电路，isl、 is2、 is3 —绝缘单元，cll、 c12、 c21、 c22、 c31、 c32、 tcb、 tci一通信回路，pcil、 pci2、 pci3—电源指令输入端
子，pcol、 pco2、 pco3—电源指令输出端子，pal、 pa2、 pa3、 pil、 pi2、 pi3 —电源输入端子，brc—断开控制装置，mtu、 mlu、 m2u、 m3u、 m2d、 mld、 mtd—处理，hd3 —头，cd3 —控制数据，sd3 —状态信息，dfl、 df2、 df3、 dnl、 dn2、 dn3 —延迟，dfb—在先时间，dnb—等待时间，pol、 po2、po3 —电源输出端子。
具体实施方式
下面，参考附图来说明各实施例。实施例1图1是表示本发明的蓄电装置控制系统的一实施方式的图。 组电池b由多个蓄电池构成。负载ld消耗组电池b的能量，或产生 能量来对组电池b充电。控制装置ct可以通过使负载ld变化来调整组电 池b和负载ld之间的能量的输入输出(组电池b的充放电)。即，可控制 组电池的充放电。断路器br具有可通电和不可通电两个状态。这些状态可通过来自控制 装置ctl的断开控制装置brc的指令来进行控制。在使断路器br不可通电 时，组电池b与负载ld电分离，而不能与负载ld之间进行充放电。组电池b串联连接多个作为部分组电池的电池模块bl、 b2、 b3而构 成。其中，电池模块bl接地到基准电位gnd。电池模块bl、 b2、 b3通过 串联连接多个例如镍氢电池和锂离子电池这种可充放电的电池单元(蓄电 池)而构成。本实施例中，考虑铁路用途，在电池模块两端的电压在合适 的范围内进行充放电的情况下最大是400伏左右，组电池b的电压最大是 1200伏左右。 '电池模块的数目并不限于本例的3个，若是多个，可以通过同样的形 态来实施本发明。 一个电池模块的电压也不限于都是400伏，即使是不同 的电压也可适用本发明。电压传感器ccl、 cc2、 cc3是分别以与电池模块bl， b2， b3相同的电 位，来测量电池模块内部的电池单元的电压值并输出的电压传感器。监视装置mol、 mo2、 mo3监视作为多个部分组电池的电池模块，并 串联连接各个监视装置。具体上，主要功能是分别伴随电池模块bl、 b2、 b3，作为本身伴随的电池模块的状态来检测出电压和SOC (所存储的能量+可适当存储的能量)，通过这些是否是适当的值来检测出电池模块的异 常。本实施例中各监视装置的结构相同。例如，在本实施例中没有使用之后说明的监视装置mo3上的绝缘单元is3，接点r3，通信回路c32，但是 即使这样也不省去这些而使各监视装置为同样构成是因为在制造管理和 组装上很容易。下面，以电池模块b2和监视装置mo2为中心来加以说明。电源单元p2是切换(switching)电源电路。可以通过从电池模块b2 对其施加电压(最大400伏)，从而从电池模块b2接受电力并输出，其 中该电池模块b2为了向之后说明的作为处理单元的微机m2、绝缘单元 is2、通信回路c21、还有与监视装置mo2有关的未图示的各种要素馈电而 监视合适的电能(例如一般元件中广泛使用的3. 3伏和5伏电源)。另 外，电源单元p2以较高的效率使用了低价的切换电源方式，但是只要具 有这种馈电功能，可以是任何电源方式。电源元件ic2是控制作为切换电源电路的电源单元p2的元件。内部具 有切换电源方式所需的振荡机构。电源元件ic2在振荡中具有电源单元p2 的馈电输出，在振荡停止过程中停止馈电输出。电源元件ic2具有遥控off 控制端子，根据这里施加的电源指令来切换振荡的动作和停止。具体是， 若该端子为短路状态，(作为电源指令若施加了"短路状态")则可以进 行振荡，若为打开状态，(作为电源指令施加了"打幵状态")，则停止 振荡。由于切换电源方式很一般，所以这种电源元件可以低价得到。艮口，电源单元p2内的电源元件ic2在没有向电源指令输入端子pci2 输入电源指令的情况下，停止馈电输出。这里，电源单元p2为较髙效且低价的切换电源方式，其中配置了控 制用的可进行遥控off的电源元件ic2，但是若电源单元p2具有之前的馈 电功能和通过从外部施加的电源指令停止输出的遥控off控制端子，则可 以是任何电源方式。电源指令输入端子pci2是接受与下侧相邻配置的监视装置mol的电 源单元pl的输出连动的电源指令，并施加到电源单元p2内的电源元件ic2 用的电源指令输入端子。电源指令输入端子pcil接受从相邻配置的控制装 置ctl向电源单元pl施加的电源指令。 说明书第6/18页监视装置mo2具有作为处理单元的微机m2。微机m2从电压传感器 cc2经连线接收电压值，以检测作为部分组电池的电池模块b2的电压。微 机m2从电压传感器cc2接收电压值的方式可以是任何方式。微机m2对所接收的电池模块b2的电压值进行运算处理，以检测SOC。 将电压值和SOC与预定的阈值相比较，并根据该结果检测电池模块b2的 异常。微机m2中检测出的信息可以与 《制装置ctl所需的信息配合来决定， 并不限于电压值和SOC。例如，可以在电池模块b2中具有电流传感器， 而检测出电流值。或也可以具有温度传感器，而检测出温度。艮口，作为处理单元的微机m2根据作为部分组电池的电池模块b2的状 态信息来生成SOC等的充放电控制信息。作为第1通信单元的通信回路c21是通信监视装置mo2与相邻于接近 基准电位的一侧配置的监视装置mol进行通信用的下通信回路。作为第1 通信单元的通信回路cll是与控制装置ctl通信用的通信回路。微机m2 可以经通信回路c21，与微机ml之间发送接收信息。这时的通信可以是 任何方式。这里设作简单的串行通信。作为第2通信单元的通信回路c22是通信监视装置mo2与相邻于远离 基准电位的另一侧配置的监视装置mo3进行通信用的上通信回路。作为第 2通信单元的通信回路c22和作为处理单元的微机m2之间通过光电耦合 器这种绝缘单元is2来进行绝缘。微机m2可以经绝缘单元is2和通信回路 c22与监视装置mo3的微机m3之间发送接收信息。这时的通信可以是任 何方式。这里设作简单的串行通信。从相邻配置的监视装置mo3的电源单 元p3向该第2通信单元馈电。绝缘单元(光电耦合器)is2是耐电池模块b2排列的电压、即400伏 左右的绝缘为目的而使用的元件就可以了。即，该绝缘单元is2的特征是 通过作为部分组电池的电池模块b2的电压以上的耐压来加以绝缘。电源输入端子pa2是将监视装置mo3的电源单元p3作为电源输入的 上电源输入端子。从电源输入端子pa2向通信回路c22馈电。电源电路rc2 是去除在该馈电线上携带的噪声，而对通信回路c22提供稳定的电源用的 电源电路。接点r2具有若有充分的馈电、则短路，若没有、则打开的功能，且
是可用于与电池模块b2相当的400伏的绝缘这样的绝缘a接点中继。接 点r2若具有这种功能，则可以是任何接点。这里，使用限于在输入侧的发 光二极管点亮时输出侧的中继关闭的元件。这种元件与绝缘单元(光电耦 合器)is2为相同程度的低价。艮P，接点r2是电源电路绝缘单元，可以从电源单元p2接受电源指令， 且配置在电源单元p2和后述的电源指令输出端子pco2之间，可以通过作 为部分组电池的电池模块b2的电压以上的耐压来绝缘。电源指令输出端子pco2设置在与电源指令输入单元pci2相反的一侧， 是对相邻配置的监视装置mo3输出电源指令用的端子。具体为，是将作为 绝缘a接点中继的接点r2的状态作为电源指令"打开状态"和"短路状态" 输出并向监视装置mo3的电源元件ic3的遥控off控制端子施加用的电源 指令输出端子。如上所述，说明了监视装置mo2的结构，但是监视装置mol， mo3 也是相同的结构。尤其监视装置mol通过电源单元pl和电池模块bl的连线来接地到基准电位。接着说明控制装置ctl的结构。控制装置ctl接地到基准电位gnd。由 此，可以不绝缘地连接相同电位的电池模块bl和初级监视装置mol。从 组电池b之外的具有十分丰富能量的电源装置向控制装置ctl上的各要素 馈电。微机tm主要进行调整组电池b的充放电量用的计算处理。 通信回路tcb与初级监视装置mol的通信回路cll连接。微机tm可 以经通信回路tcb、通信回路cll，与微机ml之间发送接收信息。这时的 通信标准可以是任意的，但是这里设简单的串行通信。微机tm可以经微 机ml来取得通过监视装置mol， mo2， mo3检测出的电池模块bl ， b2， b3的电压和SOC与异常信息。后面描述该动作。微机tm以所取得的电池模块bl， b2， b3的电压和SOC为基础，运算 充放电控制信息，这种充放电控制信息例如若SOC比预定的阈值高，则 停止充电，若SOC过小，则停止放电，而优先进行充电。或者，若电池 模块bl， b2， b3的其中之一接受到异常的信息，则也可以进行使断路器 br工作而强制停止组电池b的充放电这种保护动作。
中继tr是通过来自微机tm的指令来切换短路和打开的中继。中继tr 经初级监视装置mol的电源指令输入端子pcil与电源元件icl的遥控off 控制端子连接，并将开放和短路的状态作为电源指令来施加。该关系与接 点rl和电源元件ic2的关系和接点r2与电源元件ic3的关系相同。通过本实施例的结构，表示控制装置ctl取得组电池b的充放电控制 所需的电池模块bl， b2， b3的状态信息的情形。为了方便，将从控制装 置ctl内的微机tm经通信回路tcb、通信回路ell到达相邻配置的监视装 置mol内的微机ml的双向通信路径称作上位通信路径，将从微机ml经 绝缘单元(光电耦合器)isl、通信回路c12、通信回路c21到达微机m2 的双向通信路径称作通信路径12，从微机m2经绝缘单元(光电耦合器) is2、通信回路径c22、通信回路c31到达微机m3的双向通信路径称作通 信路径23。图2是沿时间序列来表示到控制装置ctl的微机tm取得电池模块b3 的状态信息之前的上位通信路径、通信路径12、通信路径23上的传送数 据的流向的图。由于在各个通信路径中传送数据明示了向哪个方向，所以 将向基准电位侧的传送称作down (下行)、将与其相反侧的传送称作up (上行)。头hd3，控制数据cd3，状态信息sd3是传送数据。用圆点表示 的mtu、 mlu、 m2u、 m3u、 m2d、 mld、 mtd表示微机的处理。首先，微机tm通过处理mtu，生成目标为微机m3的电池模块b3的 状态信息发送请求，而发送到上位通信路径的上行。请求由头hd3、控制 数据cd3构成。头hd3描述了请求的目标。控制数据cd3是描述请求的内 容(这时，发送电池模块b3的状态信息的送付)等的控制数据。微机ml经上位通信路径的上行来接收该请求，并通过处理mlu来调 査头hd3中描述的目标。由于目标不是微机m3本身，所以将所接收的请 求(头hd3和控制数据cd3)直接发送到通信路径12的上行。微机m2经通信路径12的上行来接收该请求，并通过处理m2u来调 査头hd3中描述的目标。与微机ml同样确认为不是自身目标，而将请求 直接发送到通信路径23的上行。微机m3经通信路径23的上行来接收该请求，并通过处理m3u来调 査头hd3中描述的目标。在确认该请求目标是自身后，从控制数据cd3中
读取请求的内容。这里，描述了电池模块b3的状态信息的发送请求。接收这些信息，为响应于微机tm，而生成由此构成的状态信息sd3，并将自 身检测出的电池模块b3的电压、SOC和异常信息发送到通信路径23的下行。微机m2经通信路径23的下行来接收状态信息sd3，并通过处理m2d 将该数据直接发送到通信路径12的下行。这时，根据微机tm的需要，还 可以例如通过微机m2将比较电池模块b3的SOC和电池模块b2的SOC 后的结果添加到状态信息sd3上加以发送。微机ml经通信路径12的下行来接收状态数据，并通过处理mid来将 该数据直接发送到上通信路径的下行。对于这些与处理ln2d相同。微机tm经上位通信路径的下行来接收状态数据，并通过处理mtd来 展幵。这样微机tm如通过处理mtu发送的请求的那样，取得电池模块b3 的状态信息。微机tm可以通过同样的顺序从微机m2接受电池模块b2的状态信息 和从微机ml接受电池模块bl的状态信息，并可使用所取得的电池模块 bl， b2， b3的状态信息来控制组电池b的充放电。若控制装置ctl可取得 各电池模块bl， b2， b3的状态信息，则通信和处理的顺序与内容并不限 于此。在本实施例的结构中来说明操作中继tr时的动作。图3是表示操作中继tr时，电源单元pl， p2， p3的输出和断路器br的状态怎样变化的图。首先，中继tr是短路状态。这时，向之前说明的电源元件icl的遥控off控制端子施加的电源指令(上层电源指令)是"短路状态"。由此，电 源元件icl可进行振荡，电源单元pl向包含作为监视装置mol上的绝缘a 接点中继的接点rl的各要素馈电。接受该馈电，作为绝缘a接点中继的接 点rl短路，而向电源元件ic2的遥控off控制端子施加电源指令"短路状 态"。由此，电源元件ic2可进行振荡，电源单元p2向包含作为监视装置 mo2上的绝缘a接点中继的接点r2的各要素馈电。对于绝缘a接点中继的 接点r2和电源元件ic3也相同，电源单元p3向监视装置mo3上的各要素 馈电。
在某个时间Toff，中继tr通过来自微机tm的指令打幵。这时，向电 源元件icl的遥控off控制端子施加的电源指令(上位电源指令)变为"打 开状态"。由于接受该指令后电源元件icl停止振荡，所以停止来自电源 单元pl的馈电。延迟dfl是从时间Toff到电源单元pl的馈电输出充分小 的传送时间。作为没有来自电源单元pl的馈电的绝缘a接点中继的接点 rl打开，向电源元件fc2的遥控off控制端子施加的电源指令变为"打开 状态"，电源单元p2也停止馈电输出。延迟df2是从电源单元pl的馈电 输出充分小的时间Toff+dfl到电源单元p2的馈电输出充分小的传送时 间。作为没有来自电源单元p2的馈电的绝缘a接点中继的接点r2打开， 而向电源元件ic3的遥控off控制端子施加电源指令"打开状态"，而停 止来自电源单元p3的馈电。延迟df3是从电源单元p2的馈电输出充分小 的时间Toff+dfl到电源单元p3的馈电输出充分小的传送时间。这样，从电源单元pl， p2， p3全部的馈电输出停止的状态起在某个 时间Ton中接受来自微机tm的指令而使中继tr短路。这时，向电源元件 icl的遥控off控制端子施加的电源指令(上层电源指令)再次变为"短路 状态"，而重新开始从电源单元pl向包含监视装置mol上的绝缘a接点 中继的各要素的馈电。延迟dnl是从时间Ton到电源单元pl重新开始馈 电的传送时间。接受来自电源单元pl的馈电，而使作为绝缘a接点中继 的接点rl变为短路，向电源元件ic2的遥控off控制端子施加电源指令" 打开状态"，电源单元p2重新开始馈电。延迟dn2是该期间的传送时间。 接受该指令，经延迟dn3，电源单元p3也同样重新开始馈电。如上这样，通过操作中继tr的短路或打开的状态，可以连动于该状态， 使电源单元pl， p2， p3的馈电动作或停止。微机tm在操作中继tr时，向断开控制装置brc输出断路器br的操作 指令。这是因为在电源单元pl， p2， p3停止，而不能检测出电池模块bl， b2, b3的状态的状况下，使组电池b不超过合适的范围来过充放电。具体 上，在微机tm打开中继tr时，向断开控制装置brc预先传送该情况，断 开控制装置brc使断路器br不能通电。微机tm在使中继tr短路时，向断 开控制装置brc传送该情形，接受该情形，断开控制装置brc在具有电源 单元pl， p2， p3重新开始馈电之前的裕量后，使断路器br可通电。因此，
如图3那样，在比在时间Toff上打开中继tr早前行时间dfb上使断路器 br不能通电，在时间Ton上短路中继tr后，经等待时间dnb而使断路器 br可通电。上面是在本实施例的结构中，操作中继tr的状态时的动作。本实施例的蓄电装置控制系统中，监视单元mo3上的主要要素(微机 m3、通信回路c31、绝缘单元(光电耦合器)is3的发光侧、电源单元p3、 接点r3的发光侧)和监视装置mo2上的一部分要素(绝缘单元(光电耦 合器)is2的非发光侧、接点r2的非发光侧、电源电路rc2)与电池模块 b3为相同电位。同样，监视装置mo2上的主要要素和监视装置mo1上的 一部分要素与电池模块b2电位相同。监视装置mol的主要要素与电池模 块bl为相同电位(基准电位)。因此，施加到绝缘单元(光电耦合器)is2 和绝缘a接点中继r2的电压是与电池模块b2相当的400伏。向绝缘单元 isl和作为a接点中继的接点rl施加的电压是与电池模块bl的电压相当的 400伏。这样，由于可使用与作为部分组电池的电池模块的电压至少相同， 或其以上的耐压来绝缘的绝缘单元，即，不使用在与组电池b相当的1200 伏的绝缘中可使用的高耐压元件，而仅使用与电池模块相当的400伏的绝 缘中可使用的元件，所以可以通过简单且低价的结构，来提供可使蓄电池 寿命长的监视装置及使用了该监视装置的蓄电装置控制系统。若使用本实施例的蓄电装置控制系统，在不长时间利用组电池b的情 况下，可以仅通过操作中继tr，来停止监视装置mol， mo2， mo3的耗电 量，防止组电池b的过放电。由于停止了几百 几千百伏高压的监视装置 mo2， mo3的耗电，但不需要与其直接接触，所以简单且很安全。本实施例的蓄电装置控制系统中，在例如电源指令输出端子pcol和 电源指令输入端子pci2之间的连线这种对各电源单元施加电源指令的连 线断路时，与通过电源元件icl， ic2， ic3的遥控off控制端子施加电源指 令"打开状态"相同，停止馈电。由此，在电源指令路径的断路中，不会 不停止监视装置的动作，不会使组电池b过放电，而可长时间保持组电池 b。实施例2
图4是表示本发明的蓄电装置控制系统的另一实施方式的图。与图1 大大不同的方面是将通过作为部分组电池的电池模块b2的电压以上的耐压来绝缘的绝缘手段is2配置在作为处理单元的微机m2和作为第1通信 单元的通信回路c21之间。具体的上，监视装置mo2'从图1的监视装置mo2改变了如下方面。 除如下方面之外与图1的监视装置相同。将绝缘单元(光电耦合器)is2的位置从微机m2和通信回路c22之间 变为微机m2和通信回路c21之间。伴随该情形，从电源单元p2向通信回 路c22馈电，从监视装置mol，的电源单元pl经电源输入端子pi2向通信 回路c21馈电。将电源指令经位于同一监视装置上的接点r2向电源元件ic2 施加，从监视装置mol'的电源单元pl经电源输入端子pi2向作为电源路 径绝缘单元的接点r2馈电。即，由电源输入端子pi2接受从相邻配置的监 视装置mol'向电源单元p2施加(馈电)的电源指令。将作为电源路径 绝缘单元的接点r2配置在电源输入端子pi2和电源单元p2之间，与实施 例1同样，通过电池模块的电压以上的耐压来进行绝缘。将电源单元p2 的馈电输出从电源输出端子po2向监视装置mo3'输出。监视装置mol， ， mo3，分别同样地改变了监视装置mol， mo3。但 是，对于监视装置mol'而言，上述"下监视装置的电源单元"改为读取 控制装置ctl'的电源tp。电源tp通过来自微机tm的指令来切换有无馈电 输出。若有来自电源tp的馈电，则接点rl短路，若没有则打开。微机tm与实施例l同样，如图2所示，可以取得电池模块bl， b2， b3的状态信息。各电源单元pl， p2， p3的馈电输出代替实施例1中的中继tr的开关， 可以通过切换有/无电源tp的馈电，与图3同样地动作/停止。本实施例的蓄电装置控制系统中，例如在监视装置mo2，中，通过来 自电源输入端子pi2的一条线就可以完成电源单元p2的遥控接通/断开用 的线和向与电源单元p2绝缘的通信回路c21的馈电线。实施例1中这些 线独立(遥控器接通/断开用是电源指令输入端子pci2、对通信回路的馈 电是电源输入端子pa2)。这样，本实施例的蓄电装置控制系统与实施例 1的蓄电装置控制系统相比可以构成为节约布线。
图5是表示本实施例的铁路车辆的动力装置的一构成例。传动装置drv将根据操作状态的传动指令传送到转换器ld。转换器Id 根据传动指令，控制与轮轴相连的马达mt的旋转。由此，可以操作传动 装置drv来加减速车辆。转换器ld从两个动力装置得到使马达动作用的功率。一个是引擎发电 机srcl。该装置将通过引擎驱动发电机而产生的功率供给转换器ld。另一 个是蓄电装置src2。该装置将放电蓄电池而产生的功率经电力线2供给转 换器ld，并将来自马达mt的再生功率经电力线2给蓄电池充电。转换器ld除了根据传动指令的需要功率之外，还考虑动力源的状态来 决定来自两个动力装置各自的馈电量。与蓄电装置src2之间经通信线3接 收蓄电池的状态，并通过发送充放电的控制指令，来调整充放电量。从发动机发电机srcl和蓄电装置src2向转换器ld供给的电压是直流 1500V。图1、图4是蓄电装置src2的具体构成例。 下面，参考图6，来说明蓄电装置src2的另一构成例。 基本结构与图1， 4中说明的相同，是具有串联连接了多个由多个蓄 电池构成的部分组电池的组电池和监视该多个部分组电池，并分别进行串 联连接的多个监视装置和控制组电池的充放电的控制装置的结构。如图6所示，蓄电装置src2包含作为串联连接了作为多个蓄电池的二 次电池单元的部分组电池的电池模块bl b3。各电池模块的额定电压是 500V，通过串联连接3个电池模块bl b3构成额定电压1500V的组电池。 组电池的两极端子经充放电的控制装置ctl与电力线2相连，与前述的转 换器ld进行连接。控制装置ctl包含具有2个通信信道的微机tm，其中一 个通信信道通过通信线3与转换器ld连接。电池模块bl的负极和控制装 置ctl接地到车体，电位是OV。检测电池的电压的监视装置mol mo3分别安装在部分组电池的电池 模块bl b3上。监视装置mol具有经电压传感器ccl和绝缘单元isl4而 与电压传感器ccl相连的微机ml。对于监视装置mo2， mo3也相同。微机ml具有两个通信信道， 一个经绝缘单元isll而与作为通信单元 的通信回路cll连接，另一个经绝缘单元isl2而与作为通信单元的通信回 路c12连接。微机m2具有两个通信信道， 一个经绝缘单元is21而与通信 回路c21连接，另一个经绝缘单元is22而与通信回路c22连接。微机m3 具有两个通信信道， 一个经绝缘单元is31而与通信回路c31连接，另一个 经绝缘单元is32而与通信回路c32连接。g卩，特征在于，是以下结构1 个监视装置上具有两个通信单元(第l通信单元、第2通信单元)，在微 机ln第l通信单元之间，微机和第2通信单元之间分别设置了绝缘单元。绝缘单元isll、 isl2、 is21、 is22、 is31、 is32全部可以绝缘作为电池 模块的电压的500V，且可双向传送信号。监视装置mo3和监视装置mo2之间连接通信回路c31和通信回路c22， 微机m2和微机m3可以经2个绝缘单元is22、 is31进行通信。监视装置 mo2和监视装置mol之间连接通信回路c21和通信回路c12,微机m2和 微机ml可以经2个绝缘单元isl2， is21进行通信。监视装置mol和控制 装置ctl之间连接通信回路cll和微机tm的通信信道的一个，微机ml和 微机tm可以经绝缘单元isll进行通信。监视装置mo2的通信回路c21、微机m2、通信回路c22的电位基准 通过分压单元vd2来决定。通信回路c21的电位基准是电池模块b2的负 极，通信回路c22的电位基准是电池模块b2的正极，微机m2的电位基准 是通过电阻而二等分电池模块b2的两极电压后的分压点。即，分压单元 与作为部分组电池的电池模块的两极相连，通过串联连接多个电阻后的组 电阻来构成，使其为比负极电位高，比正极电位低的中间电位，作为处理 单元的微机的基准电位为其中间电位。这样，通过使微机m2的电位基准 为电池模块b2的中间电位，从而对绝缘单元is24的施加电压是电池模块 的额定电压的一半的250V就可以了。监视装置mol、监视装置mo3的电 位基准也相同。根据上述结构，微机ml m3和微机tm全部通过直接或中继其他微 机的形式通过通信路径进行连接，通信路径上的基准电位平均250V不同 地进行分布，分别向绝缘单元isll、 isl2、 is21、 is22、 is31施加250V。表1总结了电路及微机的基准电位。
表1基准电位回路和微机1250V微机m31000V回路c22、回路c31750V微机m2500V回路cl2，回路c21250V微机mlOV微机tm、回路cll电源单元pl p3和绝缘单元is13， is23， is33涉及各监视装置的电源。 监视装置mol mo3的电源分别将电池模块bl b3的电压通过电源单元 pl p3转换为微机等的电源电压来供给。各电源单元从相邻于控制装置 ctl侧连接的监视装置或控制装置的微机经绝缘单元接收控制信号，并根据 该信号来接通'断开电源输出。即，电源单元pl可以从控制装置ctl，电 源单元p2， p3可以分别从监视装置mol， mo2经绝缘单元isl3， is23来 控制接通*断开。电源p0与电池模块不同，与装载在车辆上的电源系统连接，向控制 装置ctl供给电源。使用图7来说明上述电源结构的细节。图7是与电源单元有关的控制装置ctl和监视装置mol，及监视装置 mol和监视装置mo2的连接结构。另外，监视装置mo2和监视装置mo3 的连接结构与监视装置mol和监视装置mo2的连接结构相同。电源单元pl是通过经绝缘晶体管trl而与电池模块bl的两极相连的 电源元件icl和中继rl构成的切换电源，将通过绝缘晶体管trl绝缘后的 电池模块bl的功率供给微机ml和通信回路c12。中继rl是通过来自控制 装置ctl的信号，来间断从电池模块M向电源元件icl和绝缘晶体管trl 的供给电源的普通断开的接点，控制装置ctl和中继rl的接点侧通过500V 以上的耐压来绝缘。在中继rl的接点侧打开时，不取出从电池模块bl向微机ml和通信
回路C12供给的功率,即，电源单元pl为输出断开。中继rl的发光侧经 晶体管而与控制装置ctl的微机tm的端口相连，若微机tm的端口为高， 则从也作为微机tm的电源的电源pO通电。g卩，接通电源p0，而启动微机 tm，之后，若微机tm的端口为高，则关闭中继rl的接点侧，而接通从电 源单元pl向通信回路cl2和微机ml的馈电。若切断在控制装置ctl和监l[装置mol之间连接微机tm和接点rl的 信号线，则由于停止向中继rl的发光侧的通电，所以电源单元pl的输出 断开。利用通电接点rl的发光侧用的电力线而从电源pO向通信回路cll馈电。电源单元p2是与电源单元pl同样的构成，将电池模块b2的功率供 给通信回路c22和微机m2。中继r2的受光侧经监视装置mol的微机ml 和绝缘单元isl3相连，若微机ml的端口为高，则进行通电。即，从微机 ml操作接点r2的接点的开合，并切换输出接通 断开。若在监视装置mol和监视装置mo2之间切断连接微机ml和中继r2 的信号线，则由于停止向中继r2的发光侧的通电，所以电源单元p2的输 出断开。利用通电接点r2的发光侧用的电力线，而从电源单元pl向通信回路 c21馈电。通过以上的电源结构，监视装置mol的电源可以从控制装置ctl进行 接通断开，监视装置mo2的电源可以从监视装置mol进行接通断开可能， 监视装置mo3的电源可以从监视装置mo2进行接通断开可能。即，各监视装置的电源状态可以通过相邻的监视装置或控制装置来接通断开。在本结构下，使用以取得电池模块b3的状态的情况下为例的图8说明控制装置ctl取得各电池模块的状态的情形。在时刻ul中开始微机tm生成请求状态信息的控制数据cd3的处理 mtu。在微机m3上设置控制数据cd3的目标，微机tm将控制数据cd3送 到微机ml。接收了该数据的微机ml进行确认目标的处理mlu，并将控制 数据cd3发送到微机m2。在接收了该数据的微机m2中也进行同样的处理 m2u，而将控制数据cd3发送到微机m3，接收了该数据的微机m3通过处 理m3u来确认目标是本身，而进行状态信息的处理，生成状态信息sd3， 并将在微机tm上设置了目标的状态信息sd3发送到微机m2。接收了该状 态信息的微机m2进行传送用的处理m2d，而传送到微机ml，微机ml也 进行同样的处理mld，传送到微机tm。由此，状态信息sd3到达微机tm。微机加可以通过同样的顺序分别从微机ml、 m2收集电池模块bl、 b2的状态信息。 -—接着，使用图9来说明在本结构下控制装置ctl控制监视装置的启动 和终止的情形。为了使说明方便，将微机的端口的初始逻辑设作低。首先，表示启动的顺序。在时刻t0，断开电源p0和电源单元pl p3。 最先，在时刻tl接通电源pO，而启动微机tm。接着，在时刻t2通过微机 加使端口为高，则接通电源单元pl，微机ml启动。在时刻t3，若微机 ml使端口为高，则接通电源单元p2，启动微机m2。在时刻t4，若微机 m2使端口为高，则接通电源单元p3,微机m3启动，所有微机和外围电 路变为启动状态，而可进行前述的电池状态的检测和传送。接着，表示终止的顺序。在时刻t5，若微机tm使端口为低，则首先 电源单元pl断开。这样，微机ml的端口变为断开，而断开电源单元p2， 进一步连续使电源单元p3断开。之后，在时刻t6断开电源p0。由此，返 回初始时刻tO的状态。根据上面所示的本实施例的蓄电装置，可以通过在各绝缘位置上组合 绝缘了电池模块的额定电压的一半的监视装置来检测出串联连接了多个 作为部分组电池的电池模块的高压组电池的状态。进一步，由于电位相邻的2个监视装置之间经2个绝缘单元来相连， 所以即使在一个绝缘单元不作用为绝缘单元的情形，也可通过另一个绝缘 单元来维持微机间的绝缘，由于可以防止不能绝缘的连锁反应，所以变为 高可靠性。由于可以从控制装置控制所有监视装置的电源接通 断开，所以在不 利用监视装置时也可尽量抑制对监视装置馈电的电池模块的耗电。由于连接监视装置之间的导线(harness)的断线而不能送到电源控制 用的信号的监视装置自动使电源断开，所以可以避免电池模块的过放电本实施例中通过串联连接3个电池模块的组电池和3个监视装置来构
成蓄电装置，但是还可适用于进一步增加电池模块的情形。这时，若进一步将与高电位的电池模块连接的监视装置与监视装置mo3的绝缘单元 is32， is33和通信回路c32相连，则可以与监视装置mol和监视装置mo2 的关系和监视装置mo2和监视装置mo3的关系同样进行处理。
权利要求
1、一种蓄电装置控制系统，其包括组电池，串联连接了多个由多个蓄电池构成的部分组电池；多个监视装置，监视多个部分组电池，并分别进行串联连接；控制装置，其控制所述组电池的充放电；和通信路径，其从所述控制装置向与所述控制装置邻接的监视装置传送信息；所述多个监视装置分别具有多个处理单元，根据所述多个部分组电池的状态来生成充放电控制信息；电源单元，其可以接受来自所监视的所述部分组电池的电能；第1通信单元，其与相邻于一侧配置的监视装置或所述控制装置进行通信；第2通信单元，其与在另一侧相邻配置的监视装置进行通信；和绝缘单元，其配置在所述处理单元和所述第1通信单元或所述第2通信单元之间，通过所述部分组电池的电压以上的耐压来进行绝缘。
2、 一种蓄电装置控制系统，其包括组电池，串联连接了多个由多个蓄电池构成的部分组电池； 多个监视装置，监视所述多个部分组电池，并分别进行串联连接； 控制装置，其控制所述组电池的充放电；和通信路径，其从所述控制装置向与所述控制装置邻接的监视装置传送 信息；所述多个监视装置分别具有多个处理单元，根据所述多个部分组电池的状态来生成充放电控制信息5电源单元，其可以接受来自所监视的所述部分组电池的电能； 第1通信单元，其与相邻于一侧配置的监视装置或所述控制装置进行 通信；第2通信单元，其与在另一侧相邻配置的监视装置进行通信；和 绝缘单元，其配置在所述处理单元和所述第2通信单元之间，通过所 述部分组电池的电压以上的耐压来进行绝缘。
3、 根据权利要求2所述的蓄电装置控制系统，其特征在于，所述多个监视装置分别具有电源指令输入端子，其接受从相邻于所述一侧配置的监视装置或所述 控制装置向所述电源单元施加的电源指令；电源指令输出端子，其将电源指令输出到相邻于所述另一侧配置的监 视装置；和电源路径绝缘单元，其可从所述电源单元接受电源指令，且配置在所 述电源单元和所述电源指令输出端子之间，通过所述部分组电池的电压以 上的耐压来进行绝缘。
4、 根据权利要求3所述的蓄电装置控制系统，其特征在于，所述电源单元在所述电源指令输入端子中没有输入所述电源指令的 情况下，停止馈电输出。
5、 根据权利要求3所述的蓄电装置控制系统，其特征在于， 从相邻于所述另一侧配置的监视装置的电源单元向所述第2通信单元馈电。
6、 一种蓄电装置控制系统，其包括组电池，串联连接了多个由多个蓄电池构成的部分组电池； 多个监视装置，监视所述多个部分组电池，并分别进行串联连接； 控制装置，控制所述组电池的充放电；和通信路径，从所述控制装置向相邻于所述控制装置的监视装置传送信息；所述多个监视装置分别具有多个处理单元，根据所述多个部分组电池的状态来生成充放电控制信息；电源单元，其可以接受来自所监视的所述部分组电池的电能； 第1通信单元，其与相邻于一侧配置的监视装置或所述控制装置进行 通信；第2通信单元，其与在另一侧相邻配置的监视装置进行通信；和 绝缘单元，其配置在所述处理单元和所述第l通信单元之间，通过所 述部分组电池的电压以上的耐压来进行绝缘。
7、 根据权利要求6所述的蓄电装置控制系统，其特征在于， 所述多个监视装置分别具有电源输入端子，其接受从相邻于所述一侧配置的监视装置或所述控制 装置向所述电源单元施加的电源指令；电源路径绝缘单元，其可从所述电源输入单元接收电源指令，且配置 在所述电源输入端子和所述电源单元之间，通过所述部分组电池的电压以 上的耐压来进行绝缘；禾口电源输出端子，其将电源指令输出到相邻于所述另一侧配置的监视装置。
8、 根据权利要求7所述的蓄电装置控制系统，其特征在于， 所述电源单元在没有向所述电源输入端子输入所述电源指令的情况下，停止馈电输出。
9、 根据权利要求7所述的蓄电装置控制系统，其特征在于， 从相邻于所述一侧配置的监视装置或所述控制装置向所述第1通信单元馈电。
10、 根据权利要求7所述的蓄电装置控制系统，其特征在于， 从所述电源输入端子向所述第1通信单元馈电。
11、 一种监视装置，其可与由多个蓄电池构成的部分组电池、控制所 述部分组电池的充放电的控制装置连接使用，并监视所述部分组电池，还 可与其他监视装置相连，该监视装置包括处理单元，其根据所述部分组电池的状态来生成充放电控制信息； 电源单元，其可接受来自所监视的所述部分组电池的电能； 第1通信单元，其与相邻于一侧配置的监视装置或所述控制装置进行 通信；第2通信单元，其与相邻于另一侧进行配置的监视装置进行通信；和 绝缘单元，其配置在所述处理单元和所述第2通信单元之间，并通过所述部分组电池的电压以上的耐压来进行绝缘。
12、 根据权利要求11所述的监视装置，其特征在于，该监视装置还包括电源指令输入端子，其接受从相邻于所述一侧配置的监视装置或所述 控制装置向所述电源单元施加的电源指令；电源指令输出端子，其向相邻于所述另一侧配置的监视装置输出电源 指令；和— 电源路径绝缘单元，其可以从所述电源单元接受电源指令，且配置在 所述电源单元和所述电源指令输出端子之间，并通过所述部分组电池的电 压以上的耐压来绝缘。
13、 根据权利要求12所述的监视装置，其特征在于， 所述电源单元在没有向所述电源指令输入端子输入所述电源指令的情况下，停止馈电输出。
14、 根据权利要求12所述的监视装置，其特征在于， 从相邻于所述另一侧配置的监视装置的电源单元向所述第2通信单元馈电。
15、 一种监视装置，其可与由多个蓄电池构成的部分组电池、控制所 述部分组电池的充放电的控制装置连接使用，并监视所述部分组电池，还 可与其他监视装置相连，该监视装置包括处理单元，其根据所述部分组电池的状态来生成充放电控制信息； 电源单元，其可接受来自所监视的所述部分组电池的电能； 第1通信单元，其与相邻于一侧配置的监视装置或所述控制装置进行 通信；第2通信单元，其与相邻于另一侧进行配置的监视装置进行通信；和 绝缘单元，其配置在所述处理单元和所述第1通信单元之间，并通过所述部分组电池的电压以上的耐压来进行绝缘。
16、 根据权利要求15所述的监视装置，其特征在于，该监视装置还 包括电源输入端子，其接受从相邻于所述一侧配置的监视装置或所述控制 装置向所述电源单元施加的电源指令；电源路径绝缘单元，其可从所述电源输入单元接受电源指令，且配置 在所述电源输入端子和所述电源单元之间，通过所述部分组电池的电压以上的耐压来进行绝缘；和电源输出端子，其将电源指令输出到相邻于所述另一侧配置的监视装置。
17、 根据权利要求16所述的监视装置，其特征在于， 所述电源单元在没有向所述电源输入端子输入所述电源指令的情况下，停止馈电:输出。
18、 根据权利要求15所述的监视装置，其特征在于，从相邻于所述一侧配置的监视装置或所述控制装置向所述第1通信单元馈电。
19、 根据权利要求15所述的监视装置，其特征在于， 从所述电源输入端子向所述第1通信单元馈电。
20、 一种蓄电装置控制系统，其包括组电池，串联连接了多个由多个蓄电池构成的部分组电池； 多个监视装置，监视多个部分组电池，并分别进行串联连接； 控制装置，其控制所述组电池的充放电； 所述多个监视装置分别包括多个处理单元，根据所述多个部分组电池的状态来生成充放电控制信息；第1通信单元，其与相邻于一侧配置的监视装置或所述控制装置进行通信；第2通信单元，其与相邻于另一侧配置的监视装置进行通信；和 绝缘单元，其配置在所述处理单元和所述第1通信单元及所述第2通 信单元之间，且绝缘所述部分组电池的电压。
21、 根据权利要求20所述的蓄电装置控制系统，其特征在于，一个所述部分组电池具有一个所述监视装置。
22、 根据权利要求20所述的蓄电装置控制系统，其特征在于，所述绝缘单元具有所述部分组电池的电压以上的绝缘耐压。
23、 根据权利要求20所述的蓄电装置控制系统，其特征在于， 所述监视装置具有分压单元，其分压所述部分组电池的电压； 传感器，其与所述部分组电池相连，检测所述部分组电池的状态；和 处理单元，其通过被绝缘的信号线而与所述传感器相连，接受所述传 感器的输出且通过所述分压单元来决定基准电位。
24、 根据权利要求20所述的蓄电装置控制系统，其特征在于， 所述监视装置具有将所述部分组电池的电压转换为电源电压的电源单元。
25、 根据权利要求24所述的蓄电装置控制系统，其特征在于， 所述电源单元在从另一所述监视装置的电源单元经绝缘单元供给电力时，将所连接的所述部分组电池的电压转换为电源电压。
26、 根据权利要求23所述的蓄电装置控制系统，其特征在于， 所述分压单元与所述部分组电池的两极相连且以成为比负极电位高、比正极电位低的中间电位的方式由串联连接了多个电阻后的组电阻来构 成，所述处理单元的基准电位为所述中间电位。
27、 一种铁路车辆，其具有权利要求20—26中任一项所述的蓄电装置控制系统。
全文摘要
本发明所要解决的技术问题是在使用了串联连接多个蓄电池的高电压的组电池的情况下，也可通过简单且低价的结构，来提供可使蓄电池寿命长监视装置及使用了该监视装置的蓄电装置控制系统。具有组电池，多个串联连接由多个蓄电池构成的部分组电池；多个监视装置；控制装置，控制组电池的充放电；多个监视装置分别包括多个处理单元，根据部分组电池的状态来生成充放电控制信息；电源单元，可配电来自所监视的部分组电池的电能量；第1通信单元，与下监视装置或控制装置进行通信；第2通信单元，与上监视装置进行通信；绝缘单元，配置在处理单元和第1通信单元或第2通信单元之间，且通过部分组电池的电压以上的耐压进行绝缘。
文档编号H02J7/00GK101399453SQ20081013100
公开日2009年4月1日 申请日期2008年8月19日 优先权日2007年9月27日
发明者丰田瑛一, 佐藤裕, 岛田基巳, 有田裕, 石田诚司, 西野尊善 申请人:株式会社日立制作所