以下に、本発明に係る放電器、電池システムおよび出力電流制御方法の最良の実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、本発明の実施の形態を例示する電池システムとして、複数のニッケル水素蓄電池の組み合わせからなるニッケル水素蓄電池システムによって構成する場合を例にとって説明することとするが、本発明は、かかる場合のみに限られるものではない。例えば、複数のリチウムイオン電池など、ニッケル水素蓄電池以外の二次電池の組み合わせからなる二次電池システム、一次電池を含め、複数の電池の組み合わせからなる電池システムであっても、全く同様に適用することができる。
(発明の概要)
まず、本発明の概要について説明する。本発明は、負荷に対する放電出力電流の制御を行う放電器、電池システムおよび出力電流制御方法に関し、複数段階に設定した放電器の出力電圧を、現在流れている出力電流値に応じて段階的に変更することにより、出力電流値を変化させる制御を行う点にその特徴があり、その結果として、電池システムを構成する各放電器間の出力電流のばらつきが抑制され、各放電器へ電力を入力している各組電池に蓄積された電力エネルギーを有効に利用することができるという効果が得られる。
つまり、本発明に係る放電器、電池システムおよび出力電流制御方法においては、各放電器から負荷へ出力する出力電流に応じて、各放電器の出力電圧を変更するための電圧設定値を複数段階設けている。例えば、放電器からの出力電流が、あらかじめ定めた第1の電流閾値以上のときには、軽負荷時における電圧値としてあらかじめ定めた第1の電圧設定値よりも低い値としてあらかじめ定めた第2の電圧設定値に放電器の出力電圧を設定する。
また、放電器からの出力電流がさらに増加して、前記第1の電流閾値よりも大きい値としてあらかじめ定めた第2の電流閾値以上のときには、前記第2の電圧設定値よりもさらに低い値としてあらかじめ定めた第3の電圧設定値に放電器の出力電圧を設定する。
また、放電器からの出力電流がさらに増加して、前記第2の電流閾値よりも大きい値としてあらかじめ定めた第3の電流閾値(放電器10の上限電流値)以上のときには、放電器の出力電圧を急激に低下させる垂下制御を行う。
(実施例の構成)
次に、本発明に係る電池システムの構成の一例について、図1を用いて説明する。図1は、本発明に係る電池システムの構成の一例を説明するための回路図であり、従来技術として説明した図9の場合とほぼ同様の構成からなり、複数の組電池と複数の放電器と複数の充電器とを用いて構成する電池システムの構成例を示している。
例えば、ニッケル水素蓄電池を用いて出力30kWhの電池システムを実現する場合においては、定格1.2Vのニッケル水素蓄電池セル(平均電圧1.2V、電流容量95Ah)を10本直列接続し、これを1モジュールとし、さらに、4モジュール分を直列接続して、これを1系統の組電池(出力5kWh)とし、さらに、6系統の組電池を並列接続した形に構成する。
つまり、図9にて従来技術として説明したように、図1の電池システムは、複数の組電池を用いる電池システムとして、1系組電池301、2系組電池302、3系組電池303、4系組電池304、5系組電池305、6系組電池306、の6系統の組電池が並列接続されている。
さらに、6系統の組電池それぞれから出力される電池電圧を負荷40の許容電圧範囲内に収めるように昇降圧させるための複数の放電器10(図1の場合、1系組電池301、2系組電池302用として放電器1 101、3系組電池303、4系組電池304用として放電器2 102、5系組電池305、6系組電池306用として放電器3 103)と、整流器50から複数の組電池30それぞれに間欠充電を行うための複数の充電器20(図1の場合、1系組電池301、2系組電池302用として充電器1 201、3系組電池303、4系組電池304用として充電器2 202、5系組電池305、6系組電池306用として充電器3 203)と、放電器10、充電器20を含む電池システム全体の動作を制御する電源制御部60とを少なくとも備えている。
言い換えると、図1の電池システムにおいては、3台の各放電器10の入力側に組電池30を2系列ずつ接続し、各放電器10の出力側が電気的に共通接続されて、負荷40へ電力を供給するように構成され、一方、3台の各充電器20の出力側は、間欠充電を行う組電池30を2系列ずつ接続し、各充電器20の入力側が電気的に共通接続されて、整流器50から直流電力を入力するように構成される。
つまり、図1の電池システムにおいては、電源制御部60の制御に応じて、それぞれの組電池30(301,302,303,304,305,306)が、対応する充電器20(201,202,203)を介して整流器50の出力によって充電され、それぞれの放電器10(101,102,103)を介して負荷40へ電力を供給するように構成されている。
図1の電池システムは、前述のように、複数の放電器10は、その出力側で電気的に共通接続されて、負荷40に接続され、また、複数の充電器20は、その入力側で電気的に共通接続されて、整流器50に接続される構成とされており、放電器10、充電器20および組電池30を増設することによって、電池システムの拡張が可能となっている。
例えば、1系統の出力が5kWhの組電池30を、図1に示すように、6系統並列接続することによって、30kWh電池システムの電池架を構成した場合、この30kWh電池システムの電池架をさらに3架分並列接続することによって、100kWh級の電池システムを実現することができる。
ここで、放電器10(101,102,103)は、負荷40側への出力電流の値に応じてあらかじめ定めた出力電圧を出力するためのDC−DCコンバータである。つまり、各放電器10(101,102,103)は、負荷40側へ出力している出力電流の電流値如何に応じて、出力電圧を変更設定するための複数段階の電圧設定値をあらかじめ定めており、DC−DCコンバータとして、出力電流の検出結果に基づいて、複数段階のいずれかの電圧設定値に昇降圧して変更設定することにより、各放電器10(101,102,103)から負荷40側へ出力する出力電流を変更させるように動作する。
つまり、図1に示す30kWh電池システムに搭載されている放電器10(101,102,103)それぞれは、図2に示すように、昇圧部11aおよび降圧部11bを含んで構成される。図2は、放電器に搭載される昇降圧用のDC−DCコンバータの回路構成の一例を示す回路図であり、制御部12を除いて、従来技術として前述した図10の構成とほぼ同様の構成からなる。本実施例においては、制御部12の制御により、あらかじめ定めた複数段階の電圧設定値のいずれかに設定するための昇降圧用のDC−DCコンバータとして構成される昇圧部11aと降圧部11bとの回路構成の一例を示している。
放電器10へ電力を入力する直流電源として、前述のように、複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池30が用いられ、図10の放電器10Aに示した回路構成の場合と同様に、直流電源からの入力電圧を昇圧またはそのまま出力する昇圧手段である昇圧部11aと、直流電源からの入力電圧を降圧またはそのまま出力する降圧手段である降圧部11bとの双方を介して、制御部12により、出力電圧値を制御して、負荷40へ電力を供給するように構成されている。
ここで、放電器10の昇圧部11a、降圧部11bは、それぞれ、リアクトル1a,1b、ダイオード2a,2b、コンデンサ3a,3b、スイッチング素子4a,4bを、少なくとも備えて構成されている。
つまり、放電器10は、スイッチング素子4a,4bの動作を含め、当該放電器10全体の動作を制御する制御手段である制御部12からの制御に基づいて、スイッチング素子4(4a,4b)を適当なスイッチング周波数でスイッチング動作させることにより、組電池30からの入力電圧を所望の電圧設定値にまで昇圧動作または降圧動作を行って、負荷40への出力電圧として出力したり、あるいは、制御部12からの制御に基づいて、スイッチング素子4aを開放し、スイッチング素子4bを短絡することにより、組電池30からの入力電圧を、そのまま、負荷40への出力電圧として出力したり、あるいは、スイッチング素子4bを開放することにより、負荷40に対する放電動作を停止させたりする動作を行う。
昇圧部11aは、制御部12の制御によって、組電池30から負荷40へ供給される電圧が負荷40の動作電圧範囲を下回る場合に、あるいは、出力電流があらかじめ設定された電流閾値以下になっている場合に、スイッチング素子4aを制御して、あらかじめ定めた複数段階のいずれかの電圧設定値へ昇圧動作を行うものであり、降圧部11bは、制御部12の制御によって、組電池30から負荷40へ供給される電圧が負荷40の許容電圧範囲を上回る場合に、あるいは、出力電流があらかじめ設定された電流閾値よりも上回っている場合に、スイッチング素子4bを制御して、あらかじめ定めた複数段階のいずれかの電圧設定値へ降圧動作を行うものである。
この結果、放電器10から負荷40に対して出力される放電器出力電圧は、前述のように、放電器10の出力電流に応じて、負荷40の許容電圧範囲(入力電圧範囲)に適合した電圧値としてあらかじめ定めたいずれかの電圧設定値に変更して設定されるので、当該放電器10の出力電流値が変更され、対応する組電池30から出力される電源電流も変更されることになる。
さらに、各放電器10の制御部12においては、負荷40への放電出力電流の電流値の範囲を示す複数段階の電流閾値を、負荷40側の負荷状況に応じて、あらかじめ定めた初期値から可変に設定することを可能としており、放電出力電流が、それぞれの電流閾値の現在値が示すいずれの範囲にあるかを常時監視し、それぞれの電流閾値の現在値が示す範囲に応じて、あらかじめ定めた電圧設定値のいずれかに設定する機能を備えている。
すなわち、放電出力電流が或る電流閾値の現在値以下に下回っていた場合、あるいは、放電出力電流が或る電流閾値の現在値以下に下回っている状態がある一定時間継続した場合には、負荷40への放電出力電圧をあらかじめ定めた該当する電圧設定値に昇圧すると同時に、あるいは、或る一定時間経過後に、当該電流閾値の現在値を減少させるように変更して設定し直す。しかる後は、変更設定した電流閾値の現在値を用いて放電出力電流を監視する状態になる。
一方、放電出力電流が或る電流閾値の現在値よりも上回っていた場合、あるいは、放電出力電流が或る電流閾値の現在値よりも上回っている状態がある一定時間継続した場合には、負荷40への放電出力電圧をあらかじめ定めた対応する電圧設定値に降圧すると同時に、あるいは、或る一定時間経過後に、当該電流閾値の現在値を増加させるように変更して設定し直す。しかる後は、変更設定した電流閾値の現在値を用いて放電出力電流を監視する状態になる。
また、本実施例においては、制御部12は、ハードウェア論理によって構成される場合を例示するが、本発明は、かかる場合のみに限るものではない。例えば、制御部12として、プログラム(放電制御プログラム)の実行が可能なコンピュータによって構成して、プログラム論理によって放電器10の放電動作を制御する、すなわち、出力電圧と出力電流とを制御するようにしても良い。コンピュータによって構成する場合は、放電器10の放電動作を制御する放電制御プログラムを該コンピュータによって読み取り可能なROMやフラッシュメモリなどの記録媒体に記録して、制御部12のコンピュータの動作を行わせるようにしても良い。
なお、以下に説明する各実施例においては、図1、図2のごとき構成を有する電池システム、放電器10において、各組電池30の電圧が、充放電の条件や、電池の残容量に応じて64V〜40Vの範囲で変化するものとし、一方、負荷40が、DC48V機器であり、電源電圧としての入力範囲(許容電圧範囲)が、53V〜42Vとした場合を例にとって、各放電器10が、現在流れている出力電流に応じて、負荷40側への出力電圧を負荷40の許容電圧範囲に適合する電圧値としてあらかじめ定めた複数段階のいずれかの電圧設定値に設定することにより、出力電流を変更する制御を行い、而して、各放電器10間の出力電流のばらつきの発生を回避して、複数の組電池30すべての能力を有効に活用することができる電池システムを実現する一例について説明する。
(第1の実施例)
まず、図1,2に示す本発明に係る電池システムにおける放電器10の第1の実施例の動作について、図3を用いて説明する。図3は、本発明に係る電池システムを構成する放電器10の動作の第1の実施例を説明するためのグラフであり、放電器10の出力電流と出力電圧との関係の一例を示している。
図3に示すように、図2に示す放電器10は、当該放電器10の出力電流すなわち放電電流に応じて、放電器10の出力電圧すなわち放電出力電圧は、あらかじめ定めた第1の電圧設定値V1と第2の電圧設定値V2との2段階のいずれかに設定される。例えば、放電器10の出力電流が0〜20A(第1の電流閾値I1の初期値)の範囲にあるときには、放電器10の出力電圧は、52V(第1の電圧設定値V1)に設定されるように、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御する。
出力電流がさらに増加して、出力電流が20A(第1の電流閾値I1の初期値)〜100A(第3の電流閾値I3:放電器10の上限電流値)に範囲にあるときには、出力電圧は、51V(第2の電圧設定値V2)に設定されるように、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御する。
出力電流がさらに増加して、出力電流が100A(第3の電流閾値I3:放電器10の上限電流値)を超えようとすると、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御して、出力電圧の瞬時垂下を行うように制御する。
ここに、放電器10の出力電圧として設定される第1の電圧設定値V1(52V)、第2の電圧設定値V2(51V)は、いずれも、負荷40の電源電圧入力範囲(許容電圧範囲)53V〜42Vの範囲内としている。
次に、図4のフローチャートを用いて、放電器10の出力電流を制御する制御方法をさらに説明する。図4は、本発明に係る電池システムにおける放電器10の出力電流制御方法の第1の実施例を説明するためのフローチャートであり、本発明に係る出力電流制御方法の一例を示すものである。
第1の電流閾値I1の現在値は、図4に示すフローチャートの手順によってあらかじめ定めた初期値から変化していく。すなわち、電池システムを構成する各放電器10の制御部12は、自己の放電器10からの出力電流が、あらかじめ定めた第1の電流閾値I1の初期値20Aを超えて負荷40側に流れた場合、当該放電器10の出力電圧を第1の電圧設定値V1(すなわち52V)から第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に設定する。しかる後、出力電流が、第1の電流閾値I1の初期値20Aを超えて流れ続けて、当該放電器10の出力電圧が、第2の電圧設定値V2の継続時間を示す第2の継続時間ΔT2としてあらかじめ定めた時間(例えば1秒)の間継続しているか否かを確認する(ステップS01)。
出力電圧が第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に設定してから、第2の継続時間ΔT2(例えば1秒)の間、第2の電圧設定値V2の出力電圧が継続していることを検知した場合(ステップS01のYES)、制御部12は、第2の経過時間Te2としてあらかじめ定めた時間(例えば1秒)だけさらに経過した後で、第1の電流閾値I1の現在値に対して、電流増分値ΔIaとしてあらかじめ定めた電流値(例えば1A(アンペア))だけ加算し、第1の電流閾値I1の初期値20Aに1A加算して第1の電流閾値I1の現在値を21Aに設定する(ステップS02)。
この結果、当該放電器10の出力電流が、第1の電流閾値の初期値20Aとの比較ではなく、変更後の第1の電流閾値I1の現在値すなわち21A以下になったことが制御部12で検知されると、放電器10の出力電圧は、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から元の第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に復帰する。
一方、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に設定してから、第2の継続時間ΔT2(例えば1秒)に至るまで、第2の電圧設定値V2の出力電圧が継続しなかった場合は(ステップS01のNO)、放電器10の出力電圧が、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から一つ前の状態すなわち元の第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に復帰している場合であり、第1の電流閾値I1は、初期値20Aのまま、変更を行うことはない。
また、ステップS02によって、第1の電流閾値I1の現在値を変更した後、ステップS01に復帰した場合、今度は、放電器10の出力電流が、変更後の第1の電流閾値I1の現在値例えば21Aを超えて流れ続けて、第2の継続時間ΔT2(例えば1秒)の間継続しているか否かを確認する動作を行う。
ここで、第1の電流閾値I1の現在値を変更してから、第2の継続時間ΔT2の間継続していることを検知した場合には(ステップS01のYES)、制御部12は、第2の経過時間Te2(例えば1秒)だけさらに経過した後、第1の電流閾値I1の現在値に対して、電流増分値ΔIa(例えば1A(アンペア))だけさらに加算し、現在の第1の電流閾値I1の現在値例えば21Aに1A加算して22Aに設定して(ステップS02)、ステップS01に復帰する。
かくのごときステップS01,S02の手順を繰り返すことによって、放電器10の出力電流が、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値以下に低下しない限り、放電器10の出力電圧が第2の電圧設定値V2を継続するとともに、第2の継続時間ΔT2(例えば1秒)と第2の経過時間Te2(例えば1秒)との合計時間が経過する都度、第1の電流閾値I1の現在値は、電流増分値ΔIa(例えば1A)ずつ、増加して設定されていく。
この第1の電流閾値I1の現在値の増加は、当該第1の電流閾値I1の現在値すなわち出力電流が、第3の電流閾値I3(例えば100A:放電器10の上限電流値)に達するまで継続し、第3の電流閾値I3を超えようとすると、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御して、出力電圧の瞬時垂下を行うように制御する。
なお、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に設定してから、あるいは、第1の電流閾値I1の現在値を変更してから、第2の継続時間ΔT2(例えば1秒)の間継続していることを検知した後、その時点から第2の経過時間Te2がさらに経過した時点で、制御部12は、当該放電器10の第1の電流閾値I1の現在値を変更するようにしているので、電池システムを構成する他の放電器10においても、第2の経過時間Te2が経過するまでの時間内に、同様の変更動作が実施され、各放電器10の出力電流をほぼ同一の値に揃えることができる。
また、前述の説明においては、第2の継続時間ΔT2と第2の経過時間Te2とを、同じ1秒とする場合を例示しているが、本発明では、同じ時間に必ずしも揃える必要はなく、異なる時間を設定するようにしても良い。
次に、図4のフローチャートに示した制御部12の出力電流制御方法の動作について、図5の説明図を用いてさらに説明する。図5は、本発明に係る出力電流制御方法の第1の実施例を説明するための説明図であり、時刻T1において、負荷40側へ出力する放電器10の出力電流が急増して、第1の電流閾値I1を超えて、流れ続けている場合を例にとって示している。図5においては、時間軸を横軸にして、図5(A)には、放電器10の出力電流と第1の電流閾値I1の変化の様子を、また、図5(B)には、放電器10の出力電圧の変化の様子を示している。
図5(A)に示すように、時刻T1の時点で、放電器10の制御部12が、出力電流が第1の電流閾値I1の初期値20Aを超えたことを検知すると、降圧部11bを制御して、出力電圧を、図5(B)に示すように、第1の電圧設定値V1(すなわち52V)から第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に変更して設定するとともに、継続時間の計時を開始する。
第2の電圧設定値V2に変更設定してから、第2の継続時間ΔT2の間、出力電流が第1の電流閾値I1の初期値20A以下にならず、第2の電圧設定値V2が継続すると、さらに、第2の経過時間Te2の時間を経過した後に、すなわち、第2の電圧設定値V2に変更設定してから(ΔT2+Te2)の時間だけ経過した後に、図5(A)に示すように、第1の電流閾値I1の初期値20Aに電流増分値ΔIa(例えば1A)だけ加算して、第1の電流閾値I1の現在値を21Aに変更して設定する。
しかる後においても、図5(A)に示す例においては、出力電流が変更後の第1の電流閾値I1の現在値よりも大きい値で出力され続けるので、第1の電流閾値I1の現在値を変更設定してから(ΔT2+Te2)の時間だけ経過する都度、変更後の第1の電流閾値I1の現在値に電流増分値ΔIa(例えば1A)だけさらに加算して、第1の電流閾値I1の現在値を変更する動作を繰り返し、時刻T3において、変更後の第1の電流閾値I1の現在値が、つまり、出力電流が、第3の電流閾値I3(例えば100A:放電器10の上限電流値)を超えようとすると、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御して、出力電圧の瞬時垂下を行うように制御する。
なお、制御部12は、前述したように、第2の電圧設定値V2に変更後、あるいは、第1の電流閾値I1の現在値の変更後、出力電流が第1の電流閾値I1の現在値を超えている状態が、出力電流の検知時間として機能する第2の継続時間ΔT2の間継続していることを検知した時点ではなく、さらに、その時点から、待機時間として機能する第2の経過時間Te2が経過するまで待ち合わせた時点で、第1の電流閾値I1の現在値を変更するようにしているので、電池システムを構成する他の放電器10においても、第2の経過時間Te2が経過するまでの時間内に、同様の変更動作が実施され、各放電器10の出力電流をほぼ同一の値に揃えることができる。
したがって、図1に示すように3台の放電器10からなる電池システムの場合、負荷40に流れる負荷電流が60Aを大きく下回るときは、並列接続された3台の放電器10にそれぞれ流れる出力電流はいずれも20A未満であって、それぞれの放電器10の出力電圧は、第1の電圧設定値V1(すなわち52V)の状態が継続する。
一方、負荷40に流れる負荷電流が60Aの近傍かあるいは超えたときには、各放電器10に流れる出力電流が第1の電流閾値I1の初期値20Aを超える放電器10が存在することになるので、該当する放電器10の出力電圧は、第1の電圧設定値V1(すなわち52V)から第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に低下し、図4に示すフローチャートに従った手順で、第1の電流閾値I1の現在値は、上昇を開始する。
ここで、それぞれの放電器10の第1の電流閾値I1の上昇は、ある放電器10の出力電圧が第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に設定してから第2の継続時間ΔT2を経過した後、さらに、第2の経過時間Te2だけ待ち合わせた後で行っているので、つまり、第1の電流閾値I1の変更のタイミングとして、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)への設定を検知する検知時間(第2の継続時間ΔT2)の経過後、さらに、第2の経過時間Te2の待ち時間を設けているので、各放電器10から共通接続点までの距離に差があったとしても、また、各放電器10間の制御タイミングの違いを考慮したとしても、各放電器10は、ほぼ同時に、第1の電流閾値I1の上昇が実施されているとみなすことができる。
例えば、負荷40に流れる負荷電流が72Aの場合、3台の各放電器10それぞれに設定される第1の電流閾値I1の現在値は、24Aまでほぼ同時に上昇した状態になる。かくのごとく、第2の継続時間ΔT2(検知時間)と第2の経過時間Te2(待ち時間)との合計時間を待って、第1の電流閾値I1の現在値を24Aに変更設定することによって、各放電器10の出力電流も、それぞれ、24Aずつに均等に分担した状態になる。
すなわち、本発明に係る放電器、電池システムおよび出力電流制御方法の一例を示す本実施例においては、リアクトル1a,1bとダイオード2a,2bとコンデンサ3a,3bとスイッチング素子4a,4bとからなり、スイッチング素子4a,4bを制御することにより、直流電源から入力される直流電力を、降圧または昇圧して、負荷40側に出力する放電器10において、負荷40側への出力電圧が、あらかじめ定めた第1の電圧設定値V1(例えば52V)に設定されていた場合に、負荷40側への出力電流が、あらかじめ定めた第1の電流閾値I1の初期値(例えば20A)または現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値を上回っていることを検知したとき、出力電圧を、第1の電圧設定値V1よりも低い値としてあらかじめ定めた第2の電圧設定値V2(例えば51V)に低下させて設定する。
また、本実施例においては、出力電圧が第2の電圧設定値V2に設定された以降、第2の継続時間ΔT2(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間の間、第2の電圧設定値V2の出力電圧が継続した場合、しかる後さらに第2の経過時間Te2(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間を経過した際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値例えば初期値にあらかじめ定めた電流増分値ΔIa(例えば1A)を加算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値として変更して設定する。
さらに、本実施例においては、負荷40側への出力電圧が、第2の電圧設定値V2に設定されている場合に、負荷40側への出力電流が、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値を上回っている状態が、第2の継続時間ΔT2の間継続した場合、しかる後さらに第2の経過時間Te2を経過した際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値に電流増分値ΔIaを加算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値として変更して設定する。
さらに、本実施例においては、負荷40側への出力電圧が、第2の電圧設定値V2に設定されていた場合に、第1の電流閾値I1の現在値を変更して設定した後、負荷40側への出力電流が、第1の電流閾値I1の初期値よりもさらに大きい値としてあらかじめ定めた第3の電流閾値I3(例えば100A:放電器10の上限電流値)を上回っていることを検知したとき、出力電圧を急激に低下させる垂下制御を行う。
以上のような制御を行うことによって、3台の放電器10すべての出力電流が、同一の第1の電流閾値I1の現在値(初期値や変更後の値)に揃えられるように、第1の電流閾値I1の現在値の上昇を制御することができるので、3台の放電器10に分担される放電電流の均等化が図られ、而して、各組電池30が同一仕様で放電開始前に満充電の状態に充電済みであった場合には、各組電池30は、ほぼ同一の減少率で、残容量が減少することになり、すべての組電池がほぼ同時に放電終止電圧に達して放電が停止するため、各組電池30に蓄積された放電可能なエネルギーのすべてを負荷40へ有効に供給することができる。
なお、負荷40への電力供給が終了して、電池システムの放電を終了したときには、制御部12は、第1の電流閾値I1の現在値を初期値(すなわち20A)へ復帰させるようにすれば、次回の放電時にも、同様な出力電流制御方法を実施することが可能である。
(第2の実施例)
次に、図1,2に示す本発明に係る電池システムにおける放電器10の第2の実施例の動作について、図6を用いて説明する。図6は、本発明に係る電池システムを構成する放電器10の動作の第2の実施例を説明するためのグラフであり、放電器10の出力電流と出力電圧との関係の図3とは異なる例を示している。図6のような出力電流制御方法を実施することにすれば、負荷電流の増加時だけでなく減少時に対しても、各放電器10から負荷40への出力電流すなわち放電電流の均等化を実施することが可能である。
図6に示すように、図2に示す放電器10は、当該放電器10の出力電流すなわち放電電流に応じて、放電器10の出力電圧すなわち放電出力電圧は、あらかじめ定めた第1の電圧設定値V1と第2の電圧設定値V2と第3の電圧設定値V3との3段階のいずれかに設定される。例えば、放電器10の出力電流が0〜20A(第1の電流閾値I1の初期値)の範囲にあるときには、放電器10の出力電圧は、52V(第1の電圧設定値V1)に設定されるように、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御する。
出力電流が増加して、出力電流が20A(第1の電流閾値I1の初期値)〜22A(第2の電流閾値I2の初期値)の範囲にあるときには、出力電圧は51V(第2の電圧設定値V2)に設定されるように、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御する。
出力電流がさらに増加して、出力電流が22A(第2の電流閾値I2の初期値)〜100A(第3の電流閾値I3:放電器3の上限電流値)の範囲にあるときには、出力電圧は50V(第3の電圧設定値V3)に設定されるように、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御する。
出力電流がさらに増加して、出力電流が100A(第3の電流閾値I3:放電器3の上限電流値)を超えようとすると、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御して、出力電圧の瞬時垂下を行うように制御する。
ここに、放電器10の出力電圧として設定される第1の電圧設定値V1(52V)、第2の電圧設定値V2(51V)、第3の電圧設定値V3(50V)は、いずれも、負荷40の電源電圧入力範囲(許容電圧範囲)53V〜42Vの範囲内としている。
なお、本実施例においては、放電器10の出力電圧が第1の電圧設定値V1(52V)に設定されている状態が、あらかじめ定めた所定時間(すなわち、第1の継続時間ΔT1と第1の経過時間Te1との合計時間)が経過する都度、放電器10の出力電流を監視する電流閾値(本実施例においては、第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との2つの電流閾値)の現在値をあらかじめ定めた電流減分値ΔIsずつ減算する動作を行う。
一方、放電器10の出力電圧が第3の電圧設定値V3(50V)に設定されている状態が、あらかじめ定めた所定時間(すなわち、第3の継続時間ΔT3と第3の経過時間Te3との合計時間)が経過する都度、放電器10の出力電流を監視する電流閾値(本実施例においては、第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との2つの電流閾値)の現在値をあらかじめ定めた電流増分値ΔIaずつ加算する動作を行う。
また、放電器10の出力電圧が第2の電圧設定値V2(51V)に設定されている状態では、放電器10の出力電流を監視する電流閾値(本実施例においては、第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との2つの電流閾値)の現在値の変更制御を行わない。
なお、電流閾値の変更を行わない安定な状態として第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に出力電圧が設定されるための出力電流の幅は、電池システムを構成する各放電器10間の出力電流のばらつきの許容範囲すなわち各放電器10間の出力電流を揃える目標とする目標電流の精度を示すものである。本実施例においては、前述したように、各放電器10間の出力電流のばらつきの許容範囲として、20A(第1の電流閾値I1の初期値)〜22A(第2の電流閾値I2の初期値)の2Aの幅とする場合について説明する。
しかし、本発明は、かかる場合のみに限るものではない。例えば、負荷40側の負荷状態や変動許容範囲や動作範囲などを勘案して、安定状態とする出力電流の幅を、異なる任意の電流範囲に設定するようにしても良いし、あるいは、負荷40側に電力を供給する組電池30や放電器10の性能に応じて安定状態とする出力電流の電流範囲を設定するようにしても良い。
また、安定状態とする出力電流の幅の設定方法として、2Aなどの電流値そのものを用いないで、負荷40の負荷電流の変動幅などに対する比率として、出力電流の幅を決定するようにしても良い。例えば、安定状態になる出力電流の幅を2%と設定した場合、負荷40の負荷電流の変動幅が100Aの場合では、安定状態とする出力電流の幅は2Aの幅であり、負荷条件が変化して負荷40の負荷電流の変動幅が200Aの場合では、安定状態とする出力電流の幅も連動させて、出力4Aの幅と大きくなる。
次に、図7のフローチャートを用いて、放電器10の出力電流を制御する制御方法をさらに説明する。図7は、本発明に係る電池システムにおける放電器10の出力電流制御方法の第2の実施例を説明するためのフローチャートであり、本発明に係る出力電流制御方法の第1の実施例とは異なる例を示すものである。
第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値は、図7に示すフローチャートの手順によってあらかじめ定めた初期値から変化していく。すなわち、電池システムを構成する各放電器10の制御部12は、自己の放電器10からの出力電流が、あらかじめ定めた第1の電流閾値I1の初期値20Aを超えて負荷40側に流れた場合、当該放電器10の出力電圧をあらかじめ定めた第1の電圧設定値V1(すなわち52V)から第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に設定する。
しかる後、出力電流が、さらに、あらかじめ定めた第2の電流閾値I2の初期値22Aを超えて流れている場合、出力電圧を第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に設定する。しかる後、制御部12は、当該放電器10の出力電圧が第3の電圧設定値V3の継続時間を示す第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間の間継続しているか否かを確認する(ステップS11)。
出力電圧が第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に設定してから、第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)の間、第3の電圧設定値V3の出力電圧が継続していることを検知した場合(ステップS11のYES)、制御部12は、第3の経過時間Te3としてあらかじめ定めた時間(例えば1秒)だけさらに経過した後で、第1の電流閾値I1および第2の電流閾値I2の現在値に対して、電流増分値ΔIaとしてあらかじめ定めた電流値(例えば1A(アンペア))だけそれぞれ加算し、第1の電流閾値I1の初期値20Aに1A加算して第1の電流閾値I1の現在値を21Aに設定し、第2の電流閾値I2の初期値22Aに1A加算して第2の電流閾値I2の現在値を23Aに設定する(ステップS12)。
この結果、変更後の第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との現在値は、初期値の場合と同様の2Aの差を維持したまま、増加することになる。そして、当該放電器10の出力電流が、第2の電流閾値I2の初期値との比較ではなく、変更後の第2の電流閾値I2の現在値すなわち23A以下になったことが制御部12で検知されると、放電器10の出力電圧は、第3の電圧設定値V3(すなわち50V)から第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に設定され、さらに、出力電流が、2A少ない変更後の第1の電流閾値I1の現在値すなわち21A以下になったことが制御部12で検知されると、放電器10の出力電圧は、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に設定される。
一方、第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に設定してから、第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)に至るまで、第3の電圧設定値V3の出力電圧が継続しなかった場合は(ステップS11のNO)、出力電流が第2の電流閾値I2の現在値(初期値)22A以下になって、放電器10の出力電圧は、第3の電圧設定値V3(すなわち50V)から一つ前の状態すなわち第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に復帰している場合であり、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2はそれぞれ初期値20A、22Aのまま、変更を行うことはない。
しかる後、放電器10の出力電流が、第1の電流閾値I1として現在設定されている電流値以下に減少しているか否かを確認して、出力電流が第1の電流閾値I1の現在値を超えていた場合は、第2の電流閾値I2として現在設定されている電流値と比較する動作を行う。出力電流が第2の電流閾値I2の現在値以下の場合は、出力電圧の設定値、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値をそのままにして、ステップS11に復帰する。
出力電流が第2の電流閾値I2の現在値を超えていた場合は、出力電圧を第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に設定して、ステップS11に戻って、第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に設定してからの継続時間を監視する状態に復帰する。
一方、出力電流が第1の電流閾値I1の現在値以下であった場合は、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から一つ前の状態すなわち第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に設定する。しかる後、制御部12は、当該放電器10の出力電圧が第1の電圧設定値V1の継続時間を示す第1の継続時間ΔT1としてあらかじめ定めた時間(例えば1秒)の間継続しているか否かを確認する(ステップS13)。
出力電圧が第1の電圧設定値V1(すなわち50V)に設定してから、第1の継続時間ΔT1(例えば1秒)の間、第1の電圧設定値V1の出力電圧が継続していることを検知した場合(ステップS13のYES)、制御部12は、第1の経過時間Te1としてあらかじめ定めた時間(例えば1秒)だけさらに経過した後で、第1の電流閾値I1および第2の電流閾値I2の現在値に対して、電流減分値ΔIsとしてあらかじめ定めた電流値(例えば1A(アンペア))だけそれぞれ減算し、例えば、第1の電流閾値I1の現在値22Aから1A減算して第1の電流閾値I1の現在値を21Aに設定し、第2の電流閾値I2の現在値24Aに1A減算して第2の電流閾値I2の現在値を23Aに設定する(ステップS14)。
この結果、変更後の第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との現在値は、初期値の場合と同様の2Aの差を維持したまま、減算することになる。そして、当該放電器10の出力電流が、第1の電流閾値I1の初期値との比較ではなく、変更後の第1の電流閾値I1の現在値例えば21Aを超えたことが制御部12で検知されると、放電器10の出力電圧は、第1の電圧設定値V1(すなわち52V)から第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に設定され、さらに、出力電流が、2A多い変更後の第2の電流閾値I2の現在値例えば23Aを超えたことが制御部12で検知されると、放電器10の出力電圧は、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に設定された状態になる。
一方、第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に設定してから、第1の継続時間ΔT1(例えば1秒)に至るまで、第1の電圧設定値V1の出力電圧が継続しなかった場合は(ステップS13のNO)、放電器10の出力電圧の設定値、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値は、それぞれ、変更を行うことなく、そのままの状態にして、ステップS11に復帰する。
また、ステップS12によって、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値を変更した後、ステップS11に復帰した場合、今度は、放電器10の出力電流が、変更後の第2の電流閾値I2の現在値例えば23Aを超えて流れ続けて、第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)の間継続しているか否かを確認する動作を行う。
ここで、第2の電流閾値I2の現在値を変更してから、第3の継続時間ΔT3の間継続していることを検知した場合には(ステップS11のYES)、制御部12は、第3の経過時間Te3(例えば1秒)だけさらに経過した後、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値それぞれに対して、電流増分値ΔIa(例えば1A(アンペア))だけさらに加算し、現在の第1の電流閾値I1の現在値例えば21Aに1A加算して22Aに設定し、現在の第2の電流閾値I2の現在値例えば23Aに1A加算して24Aに設定して(ステップS12)、ステップS11に復帰する。
かくのごときステップS11,S12の手順を繰り返すことによって、放電器10の出力電流が、現在設定されている第2の電流閾値I2の現在値以下に低下しない限り、放電器10の出力電圧が第3の電圧設定値V3を継続するとともに、第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)と第3の経過時間Te3(例えば1秒)との合計時間が経過する都度、第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との現在値は、それぞれの初期値における差(例えば2A)を維持したまま、それぞれ、電流増分値ΔIa(例えば1A)ずつ、増加して設定されていく。
この第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2とのそれぞれの現在値の増加動作は、第2の電流閾値I2の現在値すなわち出力電流が、第3の電流閾値I3(例えば100A:放電器10の上限電流値)に達するまで継続し、第3の電流閾値I3を超えようとすると、制御部12は、図2に示すスイッチング素子4(4a,4b)を制御して、出力電圧の瞬時垂下を行うように制御する。
また、ステップS14によって、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値を変更した後、ステップS11に復帰した場合、ステップS11からステップS13に移行して、今度は、放電器10の出力電流が、変更後の第1の電流閾値I1の現在値例えば21A以下の電流値を保って流れ続けて、第1の継続時間ΔT1(例えば1秒)の間継続しているか否かを確認する動作を行う。
ここで、第1の電流閾値I1の現在値を変更してから、第1の継続時間ΔT1の間継続していることを検知した場合には(ステップS13のYES)、制御部12は、第1の経過時間Te1(例えば1秒)だけさらに経過した後、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値それぞれに対して、電流減分値ΔIs(例えば1A(アンペア))だけさらに減算し、現在の第1の電流閾値I1の現在値例えば21Aから1A減算して20Aに設定し、現在の第2の電流閾値I2の現在値例えば23Aから1A減算して22Aに設定して(ステップS14)、ステップS11に復帰する。
かくのごときステップS11〜S14の手順を繰り返すことによって、放電器10の出力電流が、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値を超えない限り、放電器10の出力電圧が第1の電圧設定値V1を継続するとともに、第1の継続時間ΔT1(例えば1秒)と第1の経過時間Te1(例えば1秒)との合計時間が経過する都度、第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との現在値は、それぞれの初期値における差(例えば2A)を維持したまま、それぞれ、電流減分値ΔIs(例えば1A)ずつ、減少して設定されていく。
この第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2とのそれぞれの現在値の減少動作は、第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との初期値(すなわち20Aと22A)に達するまで継続する。第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との初期値に達すると、以降は、第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との減少動作を停止する。
なお、第3の電圧設定値V3(すなわち50V)または第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に設定してから、あるいは、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の値を変更してから、第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)または第1の継続時間ΔT1(例えば1秒)の間継続していることを検知した後、その時点から第3の経過時間Te3(例えば1秒)または第1の経過時間Te1(例えば1秒)がさらに経過した時点で、制御部12は、当該放電器10の第1の電流閾値I1および第2の電流閾値I2の現在値を変更するようにしているので、電池システムを構成する他の放電器10においても、第3の経過時間Te3または第1の経過時間Te1が経過するまでの時間内に、同様の変更動作が実施され、各放電器10の出力電流をほぼ同一の値に揃えることができる。
また、前述の説明においては、第1,3の継続時間ΔT1,ΔT3および第1,3の経過時間Te1,Te3を、すべて、同じ1秒とする場合を例示しているが、本発明では、同じ時間に必ずしも揃える必要はなく、一部あるいはすべてについて、異なる時間を設定するようにしても良い。
次に、図7のフローチャートに示した制御部12の出力電流制御方法の動作について、図8の説明図を用いてさらに説明する。図8は、本発明に係る出力電流制御方法の第2の実施例を説明するための説明図である。
図8においては、放電器10の出力電流が第1の電流閾値I1の初期値(例えば20A)と第2の電流閾値I2の初期値(例えば22A)との間にあって、出力電圧が第2の電圧設定値V2(すなわち51V)で放電中の状態にあったとき、時刻T2において、負荷40に出力する放電器10の出力電流が増加して、第2の電流閾値I2を超えた重負荷状態になり、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の増加動作を開始する。
しかる後、放電器10の出力電流が減少し始め、時刻T4において、第2の電流閾値I2の現在値以下になり、さらに、時刻T5において、第1の電流閾値I1の現在値以下になって、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の減少動作を行っている場合を例にとって示している。なお、図8においては、時間軸を横軸にして、図8(A)には、放電器10の出力電流と第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の変化の様子を、また、図8(B)には、放電器10の出力電圧の変化の様子を示している。
図8(A)に示すように、時刻T2の時点で、放電器10の制御部12が、出力電流が第2の電流閾値I2の初期値22Aを超えたことを検知すると、降圧部11bを制御して、出力電圧を、図8(B)に示すように、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に変更して設定するとともに、継続時間の計時を開始する。
第3の電圧設定値V3に変更設定してから、第3の継続時間ΔT3の間、出力電流が第2の電流閾値I2の初期値22A以下にならず、第3の電圧設定値V3が継続すると、さらに、第3の経過時間Te3の時間を経過した後に、すなわち、第3の電圧設定値V3に変更設定してから(ΔT3+Te3)の時間だけ経過した後に、図8(A)に示すように、第1の電流閾値I1の初期値20Aに電流増分値ΔIa(例えば1A)だけ加算して、第1の電流閾値I1の現在値を21Aに変更し、第2の電流閾値I2の初期値22Aにも電流増分値ΔIa(例えば1A)だけ加算して、第2の電流閾値I2の現在値を23Aに変更して設定する。
しかる後においても、図8(A)に示す例においては、時刻T4に達するまで、出力電流が変更後の第2の電流閾値I2の現在値よりも大きい値で出力され続けるので、第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値をそれぞれ変更設定してから(ΔT3+Te3)の時間だけ経過する都度、変更後の第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値にそれぞれ電流増分値ΔIa(例えば1A)だけさらに加算して、第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値を両者の差として2Aを維持するように変更する動作を繰り返し、時刻T4においては、第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値は、それぞれ、24A、26Aに設定されており、両者の差は、2Aの幅を維持した状態になっている。
かくのごとき第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値を増加させる動作は、出力電流が第2の電流閾値I2の現在値を超えている状態が継続する限り、第2の電流閾値I2の現在値が、第3の電流閾値I3(例えば100A:放電器10の上限電流値)に達するまで継続し、第3の電流閾値I3を超えようとした時点で、放電器10の出力電圧を急激に低下させる垂下制御が実施される。
図8に示す例のように、時刻T4において、放電器10の出力電流が第2の電流閾値I2の現在値以下に減少すると、第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値を増加させる動作は停止し、さらに、時刻T5において、第1の電流閾値I1の現在値以下にまで減少すると、逆に、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値を減少させる動作を開始する。すなわち、時刻T5において、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に変更して設定するとともに、継続時間の計時を開始する。
第1の電圧設定値V1に変更設定してから、第1の継続時間ΔT1の間、出力電流が第1の電流閾値I1の現在値24A以下にあって、第1の電圧設定値V1が継続すると、さらに、第1の経過時間Te1の時間を経過した後に、すなわち、第1の電圧設定値V1に変更設定してから(ΔT1+Te1)の時間だけ経過した後に、図8(A)に示すように、第1の電流閾値I1の現在値24Aに電流減分値ΔIs(例えば1A)だけ減算して、第1の電流閾値I1の現在値を23Aに変更し、第2の電流閾値I2の現在値26Aも電流減分値ΔIs(例えば1A)だけ減算して、第2の電流閾値I2の現在値を25Aに変更して設定する。
図8(A)に示す例においては、時刻T6に達するまで、出力電流が変更後の第1の電流閾値I1の現在値よりも小さい値で出力され続けるので、第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値をそれぞれ変更設定してから(ΔT1+Te1)の時間だけ経過する都度、変更後の第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値にそれぞれ電流減分値ΔIs(例えば1A)だけさらに減算して、第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値を両者の差として2Aを維持するように変更する動作を繰り返し、時刻T6においては、第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値は、それぞれの初期値である20A、22Aに設定される。この時点でも、両者の差は、2Aの幅を維持した状態になっている。
時刻T6を経過した後においては、出力電流が、初期値に変更後の第1の電流閾値I1の現在値以下の状態が継続し、第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値をそれぞれ変更設定してから(ΔT1+Te1)の時間が経過したとしても、制御部12は、初期値に設定されている第1の電流閾値I1の現在値、第2の電流閾値I2の現在値の減算を行うことなく、現在のそれぞれの初期値20A、22Aの状態を継続する。
なお、制御部12は、前述したように、第1,第2の電流閾値I1,I2の現在値を増加させる変更を行う場合は、第3の電圧設定値V3に変更後に、あるいは、第1,第2の電流閾値I1,I2の現在値の変更後に、出力電流が第2の電流閾値I2の現在値を超えている状態が、出力電流の検知時間として機能する第3の継続時間ΔT3の間、継続していることを検知した時点ではなく、さらに、その時点から、待機時間として機能する第3の経過時間Te3が経過するまで待ち合わせた時点で、第1,第2の電流閾値I1,I2の現在値を変更するようにしているので、電池システムを構成する他の放電器10においても、第3の経過時間Te3が経過するまでの時間内に、同様の変更動作が実施され、各放電器10の出力電流をほぼ同一の値に揃えることができる。
また、第1,第2の電流閾値I1,I2の現在値を減少させる変更を行う場合も、同様に、第1の電圧設定値V1に変更後に、あるいは、第1,第2の電流閾値I1,I2の現在値の変更後に、出力電流が第1の電流閾値I1の現在値以下に低下している状態が、出力電流の検知時間として機能する第1の継続時間ΔT1の間、継続していることを検知した時点ではなく、さらに、その時点から、待機時間として機能する第1の経過時間Te1が経過するまで待ち合わせた時点で、第1,第2の電流閾値I1,I2の現在値を変更するようにしているので、電池システムを構成する他の放電器10においても、第1の経過時間Te1が経過するまでの時間内に、同様の変更動作が実施されることによって、各放電器10の出力電流をほぼ同一の値に揃えることができる。
したがって、図1に示すように3台の放電器10からなる電池システムの場合、負荷40に流れる負荷電流が60Aを大きく下回るときには、並列接続された3台の放電器10にそれぞれ流れる出力電流は、いずれも、20A未満であって、それぞれの放電器10の出力電圧は、第1の電圧設定値V1(すなわち52V)の状態が継続する。ここで、負荷40に流れる負荷電流が増加して、60Aの近傍かあるいは60Aを超えたときには、各放電器10に流れる出力電流が第1の電流閾値I1の初期値20Aを超える放電器10が存在することになるので、該当する放電器10の出力電圧は、第1の電圧設定値V1(すなわち52V)から第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に低下する。
さらに、負荷40に流れる負荷電流が増加して、66Aの近傍かあるいは66Aを超えたときには、各放電器10に流れる出力電流が第2の電流閾値I2の初期値22Aを超える放電器10が存在することになるので、該当する放電器10の出力電圧は、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に低下し、図7に示すフローチャートに従った手順で、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値は、上昇を開始する。
ここで、それぞれの放電器10の第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の上昇は、ある放電器10の出力電圧が第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に設定してから、第3の継続時間ΔT3を経過した後、さらに、第3の経過時間Te3だけ待ち合わせた後で行っているので、つまり、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の変更のタイミングとして、第3の電圧設定値(すなわち50V)への設定を検知する検知時間(第3の継続時間ΔT3)の経過後、さらに、第3の経過時間Te3の待ち時間を設けているので、各放電器10から共通接続点までの距離に差があったとしても、また、各放電器10間の制御タイミングの違いを考慮したとしても、各放電器10は、ほぼ同時に、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の上昇が実施されているとみなすことができる。
例えば、負荷40に流れる負荷電流が72Aの場合、3台の各放電器10それぞれに設定される第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値は、22A、24Aまでほぼ同時に上昇した状態になる。かくのごとく、第3の継続時間ΔT3(検知時間)と第3の経過時間Te3(待ち時間)との合計時間を待って、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値を22A、24Aにそれぞれ変更設定することによって、各放電器10の出力電流も、それぞれ、24Aずつに均等に分担した状態になる。
一方、負荷40に流れる負荷電流が減少する場合についても、負荷40に流れる負荷電流が増加する場合と全く同様である。例えば、負荷40に流れる負荷電流が72Aで、3台の各放電器10の出力電圧が第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に設定され、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値が、それぞれ、22A、24Aに変更して設定されていた状態から、負荷40に流れる負荷電流が72A以下に減少すると、各放電器10に流れる出力電流が第2の電流閾値I2の現在値24A以下に低下する放電器10が存在することになるので、該当する放電器10の出力電圧は、第3の電圧設定値V3(すなわち50V)から第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に上昇する。
さらに、負荷40に流れる負荷電流が66Aの近傍かあるいは66A以下に減少すると、各放電器10に流れる出力電流が第1の電流閾値I1の現在値22A以下に低下する放電器10が存在することになるので、該当する放電器10の出力電圧は、第2の電圧設定値V2(すなわち51V)から第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に上昇し、図7に示すフローチャートに従った手順で、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値は、減少を開始する。
ここで、それぞれの放電器10の第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の減少は、ある放電器10の出力電圧が第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に設定してから、第1の継続時間ΔT1を経過した後、さらに、第1の経過時間Te1だけ待ち合わせた後で行っているので、つまり、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の変更のタイミングとして、第1の電圧設定値(すなわち52V)への設定を検知する検知時間(第1の継続時間ΔT1)の経過後、さらに、第1の経過時間Te1の待ち時間を設けているので、各放電器10から共通接続点までの距離に差があったとしても、また、各放電器10間の制御タイミングの違いを考慮したとしても、各放電器10は、ほぼ同時に、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の減少が実施されているとみなすことができる。
例えば、負荷40に流れる負荷電流が60Aの場合、3台の各放電器10それぞれに設定される第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値は、それぞれの初期値の20A、22Aまでほぼ同時に低下した状態になる。かくのごとく、第1の継続時間ΔT1(検知時間)と第1の経過時間Te1(待ち時間)との合計時間を待って、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値を20A、22Aにそれぞれ変更設定することによって、各放電器10の出力電流も、それぞれ、20Aずつに均等に分担した状態になる。
すなわち、本発明に係る放電器、電池システムおよび出力電流制御方法の第1の実施例とは異なる例を示す本実施例においては、リアクトル1a,1bとダイオード2a,2bとコンデンサ3a,3bとスイッチング素子4a,4bとからなり、スイッチング素子4a,4bを制御することにより、直流電源から入力される直流電力を、降圧または昇圧して、負荷40側に出力する放電器10において、負荷40側への出力電圧が、あらかじめ定めた第2の電圧設定値V2(例えば51V)に設定されていた場合に、負荷40側への出力電流が、あらかじめ定めた第1の電流閾値I1の初期値(例えば20A)よりも大きい値としてあらかじめ定めた第2の電流閾値I2の初期値(例えば22A)または現在設定されている第2の電流閾値I2の現在値を上回っていることを検知したとき、出力電圧を、第2の電圧設定値V2よりも低い値としてあらかじめ定めた第3の電圧設定値V3(例えば50V)に低下させて設定する。
また、本実施例においては、負荷40側への出力電圧が減少して、第3の電圧設定値V3に設定された以降、第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間の間、第3の電圧設定値V3の出力電圧が継続した場合、しかる後さらに第3の経過時間Te3(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間を経過した際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値例えば初期値および第2の電流閾値I2の現在値例えば初期値にあらかじめ定めた電流増分値ΔIa(例えば1A)をそれぞれ加算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値として変更して設定する。
一方、負荷40側への出力電圧が増加して、第1の電圧設定値V1に設定された以降、第1の継続時間ΔT1(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間の間、第1の電圧設定値V1の出力電圧が継続した場合、しかる後さらに第1の経過時間Te1(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間を経過した際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値からあらかじめ定めた電流減分値ΔIs(例えば1A)をそれぞれ減算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値として変更して設定する。
さらに、本実施例においては、負荷40側への出力電圧が、第3の電圧設定値V3に設定されている場合に、第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値を変更して設定した後、負荷40側への出力電流が、現在設定されている第2の電流閾値I2の現在値を上回っている状態が、第3の継続時間ΔT3の間継続した場合、しかる後さらに第3の経過時間Te3を経過した際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値に電流増分値ΔIaをそれぞれ加算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値として変更して設定する。
一方、負荷40側への出力電圧が、第1の電圧設定値V1に設定されている場合に、第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値を変更して設定した後、負荷40側への出力電流が、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値以下に低下した状態が、第1の継続時間ΔT1の間継続した場合、しかる後さらに第1の経過時間Te1を経過した際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値からあらかじめ定めた電流減分値ΔIsをそれぞれ減算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値として変更して設定する。
さらに、本実施例においては、負荷40側への出力電圧が第1の電圧設定値V1に設定されている場合に、電流減分値ΔIsをそれぞれ減算して変更して設定しようとする第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値が、それぞれ、第1の電流閾値I1の初期値および第2の電流閾値I2の初期値と同一の値よりも小さくなる場合、第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値の変更を行わない。
さらに、本実施例においては、負荷40側への出力電圧が、第3の電圧設定値V3に設定されていた場合に、負荷40側への出力電流が、第2の電流閾値I2の初期値よりもさらに大きい値としてあらかじめ定めた第3の電流閾値I3(例えば100A:放電器10の上限電流値)を上回っていることを検知したとき、出力電圧を急激に低下させる垂下制御を行う。
以上のような制御を行うことによって、3台の放電器10すべての出力電流が、同一の第2の電流閾値I2の現在値(出力電流が上昇する場合)や第1の電流閾値I1の現在値(出力電流が減少する場合)に揃えられるように、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の上昇や低下を制御することができるので、第1の実施例の場合と同様に、3台の放電器10に分担される放電電流の均等化が図られ、而して、各組電池30が同一仕様で放電開始前に満充電の状態に充電済みであった場合には、各組電池30は、ほぼ同一の減少率で残容量が減少することになり、すべての組電池30がほぼ同時に放電終止電圧に達して放電が停止するため、各組電池30に蓄積された放電可能なエネルギーのすべてを負荷40へ有効に供給することができる。
なお、負荷40への電力供給が終了して、電池システムの放電を終了したときには、制御部12は、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値をそれぞれ初期値(すなわち20A、22A)へ復帰させるようにすれば、次回の放電時にも、同様な出力電流制御方法を実施することが可能である。
さらに説明すれば、本実施例においては、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の上昇や低下のタイミングについては、各放電器10の出力電圧の変化を検知するための検知時間として第3の継続時間ΔT3(出力電流上昇の場合)または第1の継続時間ΔT1(出力電流減少の場合)だけ継続していることを検知した後、さらに、第3の経過時間Te3(出力電流上昇の場合)または第1の経過時間Te1(出力電流減少の場合)という待ち時間を設けているため、各放電器10から共通接続点までの距離の差や各放電器10間の制御タイミングの差を考慮したとしても、ほぼ同時に、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値の上昇や低下が実施される。
この結果、原理的に言えば、出力電流が上昇する場合については、負荷40に流れる負荷電流が60A未満であるときには、3台の放電器10の出力電圧は、第1の電圧設定値V1(すなわち52V)であり、負荷電流が60Aを超えた時点で、放電器10の出力電圧が低下し、負荷電流が66A以下の間は、放電器10の出力電圧は第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に設定される。
さらに、負荷電流が増加して66Aを超えた時点で、放電器10の出力電圧はさらに低下して第3の電圧設定値V3(すなわち50V)に設定され、しかる後、変化の検知時間である第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)と待機時間である第3の経過時間Te3(例えば1秒)とを経過する都度、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値へそれぞれ電流増分値ΔIa(例えば1A)ずつ加算する動作が繰り返される。かくのごとき第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値への加算動作は、各放電器10の出力電圧が第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に戻るまで継続する。
例えば、負荷40に流れる負荷電流が72Aであるとき、各放電器10の第1の電流閾値I1の現在値は22A、第2の電流閾値I2の現在値は24Aとなる。このようにして、3台の各放電器10の出力電流が、第2の電流閾値I2の現在値の24Aに均等に分担される。
しかる後、負荷電流が減少する場合、各放電器10の負荷電流が第1の電流閾値I1の現在値22Aの3倍に相当する66Aに減少するまでは、原理的には、放電器10の出力電圧は第3の電圧設定値V3(すなわち50V)から第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に上昇した状態にあり、さらに負荷電流が66A以下に減少すると、放電器10の出力電圧は第1の電圧設定値V1(すなわち52V)に設定され、しかる後、変化の検知時間である第1の継続時間ΔT1(例えば1秒)と待機時間である第1の経過時間Te1(例えば1秒)とを経過する都度、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値へそれぞれ電流減分値ΔIs(例えば1A)ずつ減算する動作が繰り返される。かくのごとき第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値への減算動作は、各放電器10の出力電圧が第2の電圧設定値V2(すなわち51V)に戻るまで継続する。
ただし、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の減算動作は、それぞれの初期値20A、22Aに達するまでである。例えば、負荷40に流れる負荷電流が60Aに低下したとき、各放電器10の第1の電流閾値I1の現在値は初期値20A、第2の電流閾値I2の現在値は初期値22Aとなる。このようにして、3台の各放電器10の出力電流が、第1の電流閾値I1の現在値の20Aに均等に分担される。
ここで、前述のように、3台の放電器10の出力電流が、すべて、第2の電流閾値I2の現在値を上回る状態が第3の継続時間ΔT3の間継続するか(出力電流上昇の場合)、あるいは、第1の電流閾値I1の現在値以下に低下する状態が第1の継続時間ΔT1の間継続するか(出力電流減少の場合)、のいずれかが発生した場合に限り、第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の現在値を、第3の経過時間Te3(出力電流上昇の場合)あるいは第1の経過時間Te1(出力電流減少の場合)だけさらに経過した時点で、両者の差が同じ幅(例えば2A)を維持する形で変更させる動作を行う。
したがって、電池システムを構成する複数(本実施例では3台)の各放電器10に分担される放電電流は、この第1の電流閾値I1、第2の電流閾値I2の差である例えば2Aの範囲内で均等化される。この結果、負荷40に流れる負荷電流の増加と減少との両方の変化に対応して、当該負荷電流を分担する各放電器10の出力電流を、例えば2Aの範囲内で揃えることが可能となる。
(他の実施例)
以上、前述した各実施例については、ニッケル水素蓄電池を用いる電池システムを例にとって説明したが、前述したように、本発明はこれに限られるものではない。例えば、複数のリチウムイオン電池など、ニッケル水素蓄電池以外の二次電池の組み合わせからなる二次電池システム、一次電池を含め、複数の電池の組み合わせからなる電池システムであっても、全く同様に適用することができる。すなわち、組電池30を構成する電池として、ニッケル水素蓄電池のみならずリチウムイオン電池など他の二次電池からなっていても良いし、一次電池を含めて複数の電池の組み合わせからなっていても良い。
また、前述した各実施例における電池システムとしては、図1に示したように、複数の電池を組み合わせてなる組電池30を6組と、各組電池30から入力される直流電力を降圧または昇圧して負荷40側に出力する放電器10を3個備え、3個の放電器10それぞれからの出力点において並列接続して負荷40側に接続する構成を例にとって、一つの放電器10の入力側には2組ずつの組電池30を並列接続するという構成例を説明したが、組電池30や放電器10の個数は、かかる場合に限るものではない。
用途に応じて任意に選択した複数の組電池30、放電器10を備えるようにしても良いし、また、一つの放電器10の入力側に接続する組電池30の個数も、1ないし複数の任意の個数の組電池30を接続するようにしても良い。
また、前述した各実施例における放電器10の構成として、図2に示すように、リアクトル1a,1bとダイオード2a,2bとコンデンサ2a,2bとスイッチング素子4a,4bとを少なくとも含み、スイッチング素子4a,4bを制御することにより、直流電源すなわち組電池30から入力される直流電力を、降圧または昇圧する構成例を示したが、本発明の放電器はかかる構成に限るものではなく、例えば、スイッチドキャパシタを用いた構成であっても良いし、出力電流の如何に応じて複数段階の出力電圧に変更設定が可能なものであれば、如何なる構成のものであっても良い。
また、本発明の第1の実施例においては、出力電圧が第2の電圧設定値V2(例えば51V)に設定された以降、第2の継続時間ΔT2(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間の間、第2の電圧設定値V2の出力電圧が継続した場合、しかる後さらに第2の経過時間Te2(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間を経過した際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値たとえば初期値にあらかじめ定めた電流増分値ΔIa(例えば1A)を加算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値として変更して設定する場合について説明した。
しかし、場合によっては、第2の継続時間ΔT2や第2の経過時間Te2の時間経過を待つことなく、負荷40側への出力電圧が、第2の電圧設定値V2に設定された際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値例えば初期値に電流増分値ΔIaを加算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値として変更して設定するようにしても良い。
また、本発明の第2の実施例においては、負荷40側への出力電圧が減少して、第3の電圧設定値V3に設定された以降、第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間の間、第3の電圧設定値V3の出力電圧が継続した場合、しかる後さらに第3の経過時間Te3(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間を経過した際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値例えば初期値および第2の電流閾値I2の現在値例えば初期値にあらかじめ定めた電流増分値ΔIa(例えば1A)をそれぞれ加算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値として変更して設定する場合について説明した。
しかし、前述の場合と同様、場合によっては、第3の継続時間ΔT3や第3の経過時間Te3の時間経過を待つことなく、負荷40側への出力電圧が、第3の電圧設定値V3に設定された際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値例えば初期値および第2の電流閾値I2の現在値例えば初期値に電流増分値ΔIaをそれぞれ加算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値として変更して設定するようにしても良い。
さらに、本発明の第2の実施例においては、負荷40側への出力電圧が増加して、第1の電圧設定値V1に設定された以降、第1の継続時間ΔT1(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間の間、第1の電圧設定値V1の出力電圧が継続した場合、しかる後さらに第1の経過時間Te1(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間を経過した際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値からあらかじめ定めた電流減分値ΔIs(例えば1A)をそれぞれ減算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値として変更して設定する場合についても説明した。
しかし、前述の場合と同様、場合によっては、第1の継続時間ΔT1や第1の経過時間Te1の時間経過を待つことなく、負荷40側への出力電圧が、第1の電圧設定値V1に設定された際に、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値から電流減分値ΔIsをそれぞれ減算して、新たな第1の電流閾値I1の現在値および第2の電流閾値I2の現在値として変更して設定するようにしても良い。
なお、第2の実施例においては、各放電器10間の出力電流の値を揃えるための精度を示す第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との差について、例えば2Aとする例を説明したが、かかる場合に限るものではない。すなわち、第2の実施例においても前述したように、第1の電流閾値I1と第2の電流閾値I2との差は、負荷40の負荷状態や変動許容範囲(動作範囲)などに応じて、あるいは、負荷40に電力を供給する組電池30や放電器10の性能に応じて、適切な精度が得られるような値(電流値幅)に設定すれば良い。
(本発明の主要な特徴)
以上の各実施例において詳細に説明したように、本発明に係る放電器、電池システムおよび出力電流制御方法の主要な特徴は、放電器から負荷側に流れる出力電流に対して、放電器の出力電圧として設定すべき電圧設定値を複数段階用意し、出力電圧の設定を、変化する出力電流値の状態に応じて変化させることを可能としていることである。
例えば、出力電流があらかじめ定めた第1の電流閾値I1の初期値(例えば20A)以下のときは、出力電圧をあらかじめ定めた第1の電圧設定値V1(例えば52V)とし、出力電流が第1の電流閾値I1の初期値よりも大きく、かつ、あらかじめ第2の電流閾値I2の初期値(例えば22A)以下のときは、出力電圧を第1の電圧設定値V1よりも低い値としてあらかじめ定めた第2の電圧設定値V2(例えば51V)に設定し、出力電流が第2の電流閾値I2の初期値よりも大きく、かつ、あらかじめ定めた第3の電流閾値I3(例えば100A)以下のときは、出力電圧を第2の電圧設定値V2よりも低い値としてあらかじめ定めた第3の電圧設定値V3(例えば50V)に設定し、出力電流が第3の電流閾値I3よりも大きいときは、出力電圧を急激に低下させる垂下制御を行う。
また、出力電圧が第3の電圧設定値V3のときには、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値と第2の電流閾値I2の現在値とが、あらかじめ定めた電流増分値ΔIa(例えば1A)だけ増加し、出力電圧が第1の電圧設定値V1のときには、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値と第2の電流閾値I2の現在値とが、あらかじめ定めた電流減分値ΔIs(例えば1A)だけ減少する。
すなわち、出力電圧が第3の電圧設定値V3に変更して設定した時点、あるいは、出力電圧が第3の電圧設定値V3に変更して設定してから第3の継続時間ΔT3(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間の間、出力電流が、現在設定されている第2の電流閾値I2の現在値よりも大きく、かつ、第3の電流閾値I3以下の状態が継続して、その結果、第3の電圧設定値V3の出力電圧が継続していた場合には、さらに、第3の経過時間Te3(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間が経過した時点、あるいは、出力電圧が第3の電圧設定値V3に設定されている場合で、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値と第2の電流閾値I2の現在値とを変更して設定してから、出力電流が第1の電流閾値I1の現在値または第2の電流閾値I2の現在値よりも大きく、かつ、第3の電流閾値I3以下の状態が継続して、その結果、第3の電圧設定値V3の出力電圧が継続していた場合には、さらに、第3の経過時間Te3(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間が経過した時点、のいずれかの時点で、第1の電流閾値I1の現在値と第2の電流閾値I2の現在値とが、電流増分値ΔIa(例えば1A)だけ増加するという動作を行う。
また、出力電圧が第1の電圧設定値V1に変更して設定した時点、あるいは、出力電圧が第1の電圧設定値V1に変更して設定してから第1の継続時間ΔT1(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間の間、出力電流が、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値以下で、かつ、あらかじめ定めた第1の電流閾値I1の初期値(例えば20A)よりも大きい状態が継続して、その結果、第1の電圧設定値V1の出力電圧が継続していた場合には、さらに、第1の経過時間Te1(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間が経過した時点、あるいは、出力電圧が第1の電圧設定値V1に設定されている場合で、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値と第2の電流閾値I2の現在値とを変更して設定してから、出力電流が、現在設定されている第1の電流閾値I1の現在値以下で、かつ、あらかじめ定めた第1の電流閾値I1の初期値(例えば20A)よりも大きい状態が継続して、その結果、第1の電圧設定値V1の出力電圧が継続していた場合には、さらに、第1の経過時間Te1(例えば1秒)としてあらかじめ定めた時間が経過した時点、のいずれかの時点で、第1の電流閾値I1の現在値と第2の電流閾値I2の現在値とが、電流減分値ΔIs(例えば1A)だけ減少するという動作を行う。
かくのごとき動作を行うことによって、各放電器10の出力電流が均等化され、複数台の放電器10を並列接続して構成する電池システムにおける従来技術における問題点、すなわち、特定の組電池30へ放電電流が集中してしまう結果として、電池システムとしての余力を残したまま、電池システムの放電が停止するという問題点が解消され、さらに、負荷40側の負荷増加や放電器10の故障に際しても、負荷40への給電の安定性が維持される電池システムを実現することができる。
(本発明の各実施例における効果)
以下に、本発明の各実施例によって生じる効果について説明する。
(1)複数の放電器の出力点で並列接続して負荷に電力を出力する電池システムの構成においては、複数の放電器それぞれが並列接続点までに至る配線抵抗には差があるため、配線抵抗が小さい放電器へ出力電流が集中して、出力電流が集中した放電器に接続される組電池の電力消費が他の組電池に比して大きくなり、他の組電池よりも先に、電力容量低下により放電終止状態となるため、電池システムとしても放電停止状態に陥ってしまい、放電停止状態になった時点では、他の電池系列すなわち他の組電池はまだ電力供給可能な余力を残したまま、使用されない状態が発生してしまう。
本発明においては、放電器10から負荷40側へ出力する出力電流に応じて、各放電器10の出力電圧を複数の段階に変更して設定することにより、各放電器10の出力電流をほぼ等しく制御する構成としているので、各電池系列すなわち各組電池30に対して出力電流をほぼ等しく分担させることが可能である。したがって、各組電池30が同一仕様で放電開始前に満充電の状態に充電済みであった場合には、各組電池30は、ほぼ同一の減少率で残容量が減少し、すべての組電池30がほぼ同時に放電終止電圧に達して放電が停止するため、各組電池30のいずれも電力供給能力を余すことなく、電力供給可能な余力を有効に負荷40に出力することができ、かつ、複数の放電器の並列接続によって電池システムのシステム容量を所望の電力容量に応じて増加することも容易に可能となる。
(2)複数の放電器の出力点で並列接続して負荷40側に電力を出力する電池システムにおいて、複数の放電器間の出力電流を均等化するには、全負荷電流と有効放電器台数との計算に基づいて、各放電器の上限電流値を設定する方法もあるが、各放電器の出力電流の計測や演算を行う処理部や、各放電器へ指令するための通信線などを追加する必要があり、コスト増や故障率の上昇を招くといった問題がある。
本発明においては、複数の放電器10同士で通信を行うことなく、それぞれの放電器10が、独立に、出力電流に応じて出力電圧を変更して設定する放電制御を行うので、各放電器10の出力電流の計測や演算を行う処理部や放電器10同士の通信を行う配線が不要であり、コスト増や故障率の上昇もなく、各放電器10間の出力電流を均等化することが可能となる。
(3)また、各放電器の出力電流に上限電流値を設定するだけでは、負荷の電力需要の増加時や放電器の故障の発生時にも、垂下制御が実行されてしまい、負荷電圧の急激な低下を引き起こし、負荷の動作が停止してしまうという大きな問題が伴う。
本発明においては、出力電流の大きさに応じて、各放電器10の出力電圧が段階的に複数の段階に設定されるため、負荷40の電力需要の増加や放電器10の故障の発生に際しても、各放電器10の出力電圧が複数の段階のいずれかに設定されて、負荷40側への電力供給が継続されて、負荷40の動作を継続させることができ、かつ、各放電器10間の電流ばらつきも解消することができる。