JP2008148486A - 充電方法および充電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電などの自然エネルギーを用いた直流電流源でも、ニッケル水素蓄電池を効率良くかつ安価に充電可能な充電方法を提供する。
【解決手段】充電単位として、組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを１ないし複数のセルずつからなる複数の蓄電池モジュールに分割し、充電単位ごとに所定の充電時間閾値が経過する都度、分割した蓄電池モジュールを切り替えながら充電する。すなわち、充電対象の蓄電池モジュールを選択し（Ｓ０１）、現在の蓄積電流容量が所定の蓄積電流容量閾値以下の場合（Ｓ０１のＹＥＳの場合）、当該蓄電池モジュールを充電器に接続し（Ｓ０３）、充電を開始するとともにタイマを起動し（Ｓ０４）、所定の充電時間閾値に達すると（Ｓ０４のＹＥＳ）、次の蓄電池モジュールの充電動作に切り替える（Ｓ０６，Ｓ０７）という動作を、蓄積電流容量が前記蓄積電流容量閾値に達するまで（Ｓ０２のＮＯ）繰り返す。
【選択図】図４

Description

本発明は、充電方法および充電回路に関し、特に、複数のニッケル水素蓄電池を直列接続した組電池の充電方法および充電回路に関する。

ニッケル水素蓄電池は、一般に、定電流充電法によって充電される。充電用の電流値は、０．１Ｃ（＝０．１Ａ・ｓ）以上が普通であり、最近では、１５分程度で満充電状態に達するニッケル水素蓄電池も開発されている。これに対して、一般に、０．０５Ｃ未満の低電流値でニッケル水素蓄電池を充電した場合、充電効率が低くなるのみでなく、劣化を早めることになってしまうので、通常、このような低電流での充電は行われない。

大規模な太陽電池や風力発電機の出力を、ニッケル水素蓄電池に蓄電する場合は、大容量の蓄電池が必要になるが、そのためには、充電電流も大きな電流値が必要になる。ところが、太陽光発電や風力発電のような自然エネルギーを利用した発電の場合は、その出力が日照量や風速によって時間とともに大きく変動するのが普通である。

したがって、例えば非特許文献１の「自立型太陽光発電システム」（野崎洋介他、ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ、第４８巻、第１２号（１９９９））にも記載されているように、太陽電池や風力発電機の出力電流を蓄電池に直接接続して充電すると、その出力電流値が小さ過ぎる場合には、一旦、コンデンサ等に充電して、十分充電した段階で、大電流パルスとして出力するような工夫が必要である。
野崎洋介、太刀川正美、秋山一也、谷内利明；「自立型太陽光発電システム」、ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ 第４８巻、第１２号、２４−２８頁（１９９９）

しかしながら、前記非特許文献１に記載のような方法を採用すると、充電回路は、複雑かつ高価なものとなってしまう。一方、大電流による充電を避けるために、小容量のニッケル水素蓄電池を多数並列接続にして組み合わせた電池システムとして構成したとしても、充電時の充電電流が大きく変動する点は同じであり、電流の分配など充電制御が複雑なものになってしまう。そのため、太陽光発電や風力発電のような自然エネルギーを利用した充電の場合には、ニッケル水素蓄電池は殆ど利用されず、主として、低電流でも充電が可能な鉛蓄電池が使われてきた。

本発明が解決しようとする課題は、例えば、太陽電池や風力発電機のような自然エネルギーを用いた直流電流源を利用する場合であっても、ニッケル水素蓄電池を効率良くかつ安価に充電することが可能な充電方法および充電回路を提供することにある。

本発明は、前述の課題を解決するために、以下のごとき各技術手段から構成されている。

第１の技術手段は、複数のニッケル水素蓄電池セルが直列に接続された組電池を直流電流源に接続して充電する充電方法において、前記組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを、充電単位として、１ないし複数のニッケル水素蓄電池セルからなる複数の蓄電池モジュールに分割し、前記充電単位ごとの充電時間としてあらかじめ定めた充電時間閾値が経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電することを特徴とする。

第２の技術手段は、複数のニッケル水素蓄電池セルが直列に接続された組電池を直流電流源に接続して充電する充電方法において、前記組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを、充電単位として、１ないし複数のニッケル水素蓄電池セルからなる複数の蓄電池モジュールに分割し、かつ、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電を行った際に、充電電流があらかじめ定めた第１充電電流閾値を超えているか否かを確認し、前記第１充電電流閾値を超えていた場合は、前記組電池を構成した状態で充電する動作を継続し、一方、前記第１充電電流閾値以下に低下した場合は、前記充電単位ごとの充電時間としてあらかじめ定めた充電時間閾値が経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電する動作に切り替えることを特徴とする。

第３の技術手段は、前記第２の技術手段に記載の充電方法において、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電している状態において、充電電流があらかじめ定めた第２充電電流閾値を超えているか否かを確認し、前記第２充電電流閾値を超えていた場合は、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電する動作に切り替えることを特徴とする。

第４の技術手段は、前記第２または第３の技術手段に記載の充電方法において、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電を行う場合、前記組電池を構成した状態で充電することができる電圧に、前記直流電流源からの入力電圧を昇圧し、一方、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電を行う場合、分割した前記蓄電池モジュールを充電することができる電圧に、前記直流電流源からの入力電圧を設定することを特徴とする。

第５の技術手段は、前記第１ないし第４の技術手段のいずれかに記載の充電方法において、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電している場合において、充電した前記組電池の蓄積電流容量があらかじめ定めた蓄積電流容量閾値を超えた状態に達した場合、充電動作を終了し、一方、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電している場合において、充電対象の前記蓄電池モジュールの蓄積電流容量が前記蓄積電流容量閾値を超えた状態に達した場合、当該蓄電池モジュールの充電動作を終了して、次の前記蓄電池モジュールを充電する動作に切り替えることを特徴とする。

第６の技術手段は、前記第１ないし第５の技術手段のいずれかに記載の充電方法において、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電動作を行う場合、複数の前記蓄電池モジュールのうち、蓄積電流容量が最も小さい蓄電池モジュールを優先して次の充電対象の蓄電池モジュールとして選択して、選択した前記蓄電池モジュールの充電を行う状態に切り替えることを特徴とする。

第７の技術手段は、複数のニッケル水素蓄電池セルが直列に接続された組電池を直流電流源に接続して充電する充電器と、前記充電器からの充電電流を測定する電流測定手段と、当該充電回路の動作を制御する制御手段とを少なくとも備えた充電回路において、前記組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを、充電単位として、１ないし複数のニッケル水素蓄電池セルからなる複数の蓄電池モジュールに分割して、それぞれの前記蓄電池モジュールを、まとめてあるいは前記充電単位ごとに個別に、前記充電器に接続して充電することができるスイッチをさらに備えるとともに、前記制御手段が、前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御手段と、前記充電単位ごとの充電時間をあらかじめ定めた充電時間閾値まで計時するタイマ手段とを備え、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を制御して、複数の前記蓄電池モジュールのうちいずれかを前記充電器に接続して充電し、かつ、前記タイマ手段により、前記充電器に接続した前記蓄電池モジュールの充電時間が前記充電時間閾値を経過したことを検出する都度、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を切り替えて、順次、次の前記蓄電池モジュールを前記充電器に接続して充電する動作を行うことを特徴とする。

第８の技術手段は、複数のニッケル水素蓄電池セルが直列に接続された組電池を直流電流源に接続して充電する充電器と、前記充電器からの充電電流を測定する電流測定手段と、当該充電回路の動作を制御する制御手段とを少なくとも備えた充電回路において、前記組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを、充電単位として、１ないし複数のニッケル水素蓄電池セルからなる複数の蓄電池モジュールに分割して、それぞれの前記蓄電池モジュールを、まとめてあるいは前記充電単位ごとに個別に、前記充電器に接続して充電することができるスイッチをさらに備えるとともに、前記制御手段が、前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御手段と、前記充電単位ごとの充電時間をあらかじめ定めた充電時間閾値まで計時するタイマ手段とを備え、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を制御して、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で前記充電器に接続して充電を行った際に、前記電流測定手段により測定された充電電流があらかじめ定めた第１充電電流閾値を超えていた場合は、前記組電池を構成した状態で充電する動作を継続し、一方、前記第１充電電流閾値以下に低下した場合は、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を設定して、複数の前記蓄電池モジュールのいずれかを前記充電器に接続して充電し、かつ、前記タイマ手段により、前記充電器に接続した前記蓄電池モジュールの充電時間が前記充電時間閾値を経過したことを検出する都度、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を切り替えて、順次、次の前記蓄電池モジュールを前記充電器に接続して充電する動作に切り替えることを特徴とする。

第９の技術手段は、前記第８の技術手段に記載の充電回路において、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電している状態において、前記電流測定手段により測定された充電電流があらかじめ定めた第２充電電流閾値を超えていた場合は、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を切り替えて、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で前記充電器に接続して充電する動作に切り替えることを特徴とする。

第１０の技術手段は、前記第８または第９の技術手段に記載の充電回路において、前記制御手段は、前記充電器の最大出力電圧を制御する充電器制御手段をさらに備え、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電を行う場合、前記充電器制御手段の制御により、前記充電器からの最大出力電圧を、前記組電池を構成した状態で充電することができる電圧に、前記直流電流源からの入力電圧を昇圧し、一方、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電を行う場合、前記充電器制御手段の制御により、前記充電器からの最大出力電圧を、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを充電することができる電圧に、前記直流電流源からの入力電圧を設定することを特徴とする。

第１１の技術手段は、前記第７ないし第１０の技術手段のいずれかに記載の充電回路において、前記制御手段は、前記電流測定手段により測定された充電電流に基づいて充電中の前記蓄電池モジュールの蓄積電流容量を算出する電流容量算出手段をさらに備え、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電している場合において、前記電流容量算出手段により算出された前記組電池の蓄積電流容量があらかじめ定めた蓄積電流容量閾値を超えた状態に達した場合、充電動作を終了し、一方、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電している場合において、前記電流容量算出手段により算出された充電対象の前記蓄電池モジュールの蓄積電流容量が、前記蓄積電流容量閾値を超えた状態に達した場合、当該蓄電池モジュールの充電動作を終了して、次の前記蓄電池モジュールの充電動作に切り替えることを特徴とする。

第１２の技術手段は、前記第１１の技術手段に記載の充電回路において、前記制御手段は、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電動作を行う場合、複数の前記蓄電池モジュールのうち、次の充電対象として前記充電器に接続する蓄電池モジュールを選択する際に、蓄積電流容量が最も小さい蓄電池モジュールを優先して次の充電対象の蓄電池モジュールとして選択して、選択した前記蓄電池モジュールを、前記スイッチ制御手段により前記スイッチの開閉状態を制御して前記充電器に接続し、充電を行う状態に切り替えることを特徴とする。

第１３の技術手段は、前記第７ないし第１２の技術手段のいずれかに記載の充電回路において、前記電流測定手段が、充電電流を測定するためのシャント抵抗と前記シャント抵抗の両端の電圧を測定する電圧測定器とにより構成されていることを特徴とする。

第１４の技術手段は、前記第７ないし第１３の技術手段のいずれかに記載の充電回路において、前記制御手段が、プログラム論理に基づいて動作するマイクロプロセッサからなっていることを特徴とする。

本発明による充電方法および充電回路によれば、組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを、充電単位として、１ないし複数のニッケル水素蓄電池セルからなる複数の蓄電池モジュールに分割し、前記充電単位ごとの充電時間としてあらかじめ定めた充電時間閾値が経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電する仕組みを採用しているので、例えば太陽光発電や風力発電のような自然エネルギーを用いた直流電流源を利用した充電器を用いて、複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池を充電する場合であっても、該組電池を効率良くかつ安価に充電することが可能である。

以下に、本発明に係る充電方法および充電回路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。

(本発明の概要)
まず、本発明の主要な特徴について説明する。本発明は、電流値が小さい自然エネルギー発電を利用するような場合においても、複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池を効率良く充電可能とする点に、その特徴がある。

すなわち、本発明は、複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池を、充電単位として直列接続された１ないし複数のニッケル水素蓄電池からなる複数の蓄電池モジュールに分割し、充電単位ごとに順番に前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電する動作を繰り返すことを可能とすることによって、効率良くかつ安価に充電することができ、而して、電流値の小さい太陽光発電等の自然エネルギーを利用する場合においても、所要の電流容量としてあらかじめ定めた蓄積電流容量閾値以上に、各蓄電池モジュールを効率良くかつ安価に充電することができるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら、詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲は、あくまでも、［課題を解決するための技術手段］に記載した通りであり、この範囲を逸脱しない限り、如何なる実施の形態を適用するようにしても良い。

（実施例１）
まず、図１に示すような回路構成として、ニッケル水素蓄電池を直列接続してなる蓄電池モジュールの充放電特性を測定した結果について説明する。図１は、蓄電池モジュールの充放電特性を測定するための接続構成を示す接続図である。ここで、蓄電池モジュールとは、負荷に電力を供給するための組電源を構成する複数のニッケル水素蓄電池について、充電単位として直列接続したニッケル水素蓄電池のセル数を任意の値を用いて複数の単位に分割したものであり、組電池を構成する各ニッケル水素蓄電池を充電する際に、充電対象とするニッケル水素蓄電池のグループを充電単位ごとに切り替えることが可能なモジュールを構成している。

本実施例においては、負荷に電力を供給する組電源が、１０個のニッケル水素蓄電池から構成される場合について、１０個のニッケル水素蓄電池をまとめて充電する場合と、５個ずつのニッケル水素蓄電池からなる２組の蓄電池モジュールの充電単位に分割して充電する場合とにおける充放電特性について説明する。

図１に示すように、太陽電池モジュール２０の出力端子を充電器３０の入力端子に接続し、充電器３０の出力端子を、シャント抵抗付きの電圧測定器８０を介して第１スイッチ６０の一端に接続し、第１スイッチ６０の他端を、測定対象の蓄電池モジュール１０の充電端子に接続している。

また、蓄電池モジュールの出力端子（放電端子）を第２スイッチ７０の一端に接続し、第２スイッチ７０の他端を、シャント抵抗付きの電圧測定器９０を介して放電器４０の入力端子に接続し、放電器４０の出力端子を負荷５０に接続している。なお、シャント抵抗付きの電圧測定器８０，９０は、充電電流や放電電流を測定するためのシャント抵抗に並列に電圧測定器を接続して、シャント抵抗の両端の電圧を測定することにより、該シャント抵抗に流れている電流値を測定するものである。

ここで、蓄電池モジュール１０として、公称電流容量９５Ａｈ、定格電圧１．２Ｖのニッケル水素蓄電池１が１０セル分直列接続された１組の蓄電池モジュール１０ａと同種のニッケル水素蓄電池１が５セル分直列接続された２組の蓄電池モジュール１０ｂとを用意して、この両者の蓄電池モジュール１０ａ、１０ｂの充放電特性を、晴天時と曇天時とに分けて測定した。なお、充電器３０は、最大出力電力９０Ｗの太陽電池モジュールの出力を１８Ｖまで昇圧して、蓄電池モジュール１０として蓄電池モジュール１０ａ，１０ｂのいずれの場合であっても充電することができる。

まず、蓄電池モジュール１０として、ニッケル水素蓄電池１が１０セル分直列接続された１組の蓄電池モジュール１０ａを選択して接続した。ここで、晴天時のみを選んで、第１スイッチ６０を閉じて、蓄電池モジュール１０ａに、太陽電池モジュール２０、充電器３０を接続して、蓄電池モジュール１０ａを充電した。このとき、シャント抵抗付きの電圧測定器８０の測定結果から得られた最大充電電流は４．２Ａ、平均充電電流は２．３Ａであった。

蓄電池モジュール１０ａの積算充電電流容量すなわち蓄積電流容量が１００Ａｈに達したところで、第１スイッチ６０を開放して充電を止めて、しかる後、第２スイッチ７０を閉じて、蓄電池モジュール１０ａに、放電器４０を通して負荷５０を接続して、出力電圧が１０Ｖに低下するまで、蓄電池モジュール１０ａから２５℃、３０Ａで放電器４０を介して負荷５０に放電させた。このとき、シャント抵抗付きの電圧測定器９０の測定結果から得られた放電電流容量は８７．７Ａｈであった。

次に、曇天時のみを選んで、第１スイッチ６０を閉じて、蓄電池モジュール１０ａに、太陽電池モジュール２０、充電器３０を接続して、蓄電池モジュール１０ａを充電した。このとき、シャント抵抗付きの電圧測定器８０の測定結果から得られた最大充電電流は１．８Ａ、平均充電電流は０．９３Ａであり、晴天時において測定した充電電流よりも小さい値であった。

晴天時の場合と同様、蓄電池モジュール１０ａの蓄積電流容量が１００Ａｈに達したところで、第１スイッチ６０を開放して充電を止めて、しかる後、第２スイッチ７０を閉じて、蓄電池モジュール１０ａに、放電器４０を通して負荷５０を接続して、出力電圧が１０Ｖに低下するまで、蓄電池モジュール１０ａから２５℃、３０Ａで放電器４０を介して負荷５０に放電させた。このとき、シャント抵抗付きの電圧測定器９０の測定結果から得られた放電電流容量は５３．８Ａｈと、晴天時に比して小さい値となった。

次に、蓄電池モジュール１０として、ニッケル水素蓄電池１が５セル分直列接続された２組の蓄電池モジュール１０ｂのうち、一方の蓄電池モジュール１０ｂを選択して接続し、ここで、晴天時のみを選んで、第１スイッチ６０を閉じて、一方の蓄電池モジュール１０ｂに、太陽電池モジュール２０、充電器３０を接続して、充電器３０から３０分間一方の蓄電池モジュール１０ｂを充電した。

しかる後、２組の蓄電池モジュール１０ｂのうち、今度は他方の蓄電池モジュール１０ｂを選択して接続し、同様に、晴天時のみを選んで、第１スイッチ６０を閉じて、他方の蓄電池モジュール１０ｂに、太陽電池モジュール２０、充電器３０を接続して、充電器３０から３０分間他方の蓄電池モジュール１０ｂを充電した。

かくのごとく、２組の蓄電池モジュール１０ｂを交互に充電するという操作を繰り返した。このとき、シャント抵抗付きの電圧測定器８０の測定結果として得られた２組の蓄電池モジュール１０ｂの最大充電電流はそれぞれ１０．２Ａ，９．９Ａ、平均充電電流はそれぞれ５．６Ａ，５．１Ａであり、１０セル分直列接続された１組の蓄電池モジュール１０ａにおける充電電流よりも大きい値が得られた。

次に、２組の蓄電池モジュール１０ｂそれぞれの蓄積電流容量が１００Ａｈに達したところで、第１スイッチ６０を開放して充電を止めて、しかる後、２組の蓄電池モジュール１０ｂを直列接続した状態にして、第２スイッチ７０を閉じて、放電器４０を通して負荷５０を接続して、出力電圧が１０Ｖに低下するまで、直列接続した２組の蓄電池モジュール１０ｂから２５℃、３０Ａで放電器４０を介して負荷５０に放電させた。このとき、シャント抵抗付きの電圧測定器９０の測定結果として得られた放電電流容量は９２．５Ａｈであり、１０セル分直列接続された１組の蓄電池モジュール１０ａにおける放電電流よりも大きい値が得られた。

次に、曇天時のみを選んで、晴天時の場合と同様に、蓄電池モジュール１０として、ニッケル水素蓄電池１が５セル分直列接続された２組の蓄電池モジュール１０ｂを、３０分ごとに、交互に選んで接続して、第１スイッチ６０を閉じて、蓄電池モジュール１０ｂそれぞれに、太陽電池モジュール２０、充電器３０を接続して、２組の蓄電池モジュール１０ｂを交互に充電した。このとき、シャント抵抗付きの電圧測定器８０の測定結果として得られた２組の蓄電池モジュール１０ｂの最大充電電流はそれぞれ４．１Ａ，４．３Ａ、平均充電電流はそれぞれ２．５Ａ，１．９Ａであり、１０セル分直列接続された１組の蓄電池モジュール１０ａにおける充電電流よりも大きい値が得られた。

次に、晴天時の場合と同様、２組の蓄電池モジュール１０ｂそれぞれの蓄積電流容量が１００Ａｈに達したところで、第１スイッチ６０を開放して充電を止めて、しかる後、２組の蓄電池モジュール１０ｂを直列接続した状態にして、第２スイッチ７０を閉じて、放電器４０を通して負荷５０を接続して、出力電圧が１０Ｖに低下するまで、直列接続した２組の蓄電池モジュール１０ｂから２５℃、３０Ａで放電器４０を介して負荷５０に放電させた。このとき、シャント抵抗付きの電圧測定器９０の測定結果として得られた放電電流容量は８１．２Ａｈであり、１０セル分直列接続された１組の蓄電池モジュール１０ａにおける放電電流よりも大きい値が得られた。

（実施例２）
次に、実施例１の蓄電池モジュールの充放電特性の測定結果に基づいて、図２に示すような充電回路を構成し、該充電回路を用いたニッケル水素蓄電池の充電手順とその充放電特性の測定を行った結果について説明する。図２は、本発明に係るニッケル水素蓄電池の充電回路の一構成例を示す構成図である。ここで、蓄電池モジュールは、実施例１の場合と同様に、負荷に電力を供給するための組電源を構成する複数のニッケル水素蓄電池について、充電単位として直列接続したニッケル水素蓄電池のセル数を用いて複数の単位に分割したものであり、組電池を構成する各ニッケル水素蓄電池を充電する際に、充電対象とするニッケル水素蓄電池の充電単位ごとに切り替えることが可能なモジュールを構成している。

なお、本実施例においては、負荷に電力を供給する組電源が、実施例１の場合とは異なり、直列接続した１２個のニッケル水素蓄電池からなる組電池として構成される場合について、直列接続した４個ずつのニッケル水素蓄電池からなる３組の蓄電池モジュールの充電単位に分割して充電する場合における充電特性について説明する。

さらに、本実施例のごとき、充電単位ごとの繰り返し充電動作における効果を示すために、直列接続した１２個のニッケル水素蓄電池をまとめた組電池の形態のまま充電した場合の充放電特性の測定結果も合わせて説明することにする。

なお、本発明に係る充電回路は、充電単位とする組電池モジュールとして、かかる場合のみに限らず、充電単位として組電源（組電池）を任意の単位数に分割して構成しても良いし、また、各充電単位となる充電池モジュールが直列接続された任意の個数のニッケル水素蓄電池から構成されていてもかまわない。

まず、充電対象の蓄電池モジュールとして、同種の公称電流容量９５Ａｈ、定格電圧１．２Ｖのニッケル水素蓄電池１が４セル分ずつ直列接続された３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を用意し、また、充電器として、実施例１と異なり、６Ｖまで昇圧して、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３をそれぞれ充電することができるとともに、さらに、最大出力電圧が２０Ｖまで昇圧して、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を直列接続した組電池の形態として充電することもできる充電器３１を用意している。

また、直列接続された複数のニッケル水素蓄電池１からなる組電池（組電源）に電力を供給する直流電流源として、実施例１の場合と同様の最大出力電力９０Ｗの太陽電池モジュール２０を用い、充電器３１からの充電電流を測定するための電流測定手段として、実施例１の場合と同様、シャント抵抗付きの電圧測定器８０を用いる。なお、本実施例においては、直流電流源として、太陽電池モジュール２０を用いる場合を示しているが、本発明はかかる場合に限るものではなく、例えば風力発電などのその他の自然エネルギーを利用するものであっても良いし、交流商用電源を整流器を介して直流化したものであっても良いし、直流電流を供給可能な電源であれば如何なる形態のものであってもかまわない。

さらに、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のうち、充電対象の蓄電池モジュールを切り替えるためのスイッチとして、スイッチ６１，６２，…，６６の６個のスイッチを用意するとともに、シャント抵抗付きの電圧測定器８０による充電電流の測定結果などに基づいて、充電器３１の充電動作を制御する制御部３２も用意している。

ここに、制御部３２は、電流容量算出部３２ａ、タイマ３２ｂ、スイッチ制御部３２ｃ、充電器制御部３２ｄを少なくとも含んで構成されている。電流容量算出部３２ａは、電流測定手段となるシャント抵抗付きの電圧測定器８０からの出力により、組電池あるいは各蓄電池モジュール１１，１２，１３の充電電流を積算計測して、組電池あるいは各蓄電池モジュール１１，１２，１３の蓄積電流容量を算出して、あらかじめ定めた蓄積電流容量閾値を超えているか否かを判定する電流容量算出手段である。

また、タイマ３２ｂは、充電単位ごとの各蓄電池モジュール１１，１２，１３の充電を行っている充電時間を計時し、あらかじめ定めた充電時間閾値に達したことを検出するタイマ手段である。スイッチ制御部３２ｃは、タイマ３２ｂによる該充電時間の計時結果、電流容量算出部３２ａによる蓄積電流容量の算出結果、電流測定手段であるシャント抵抗付きの電圧測定器８０の測定結果に基づいて、スイッチ６１，６２，…，６６の開閉状態を制御するスイッチ制御手段である。充電器制御部３２ｄは、充電対象の組電池あるいは各蓄電池モジュールを充電することが可能な電圧レベルに、充電器３１の最大出力電圧を制御して設定するための充電器制御手段である。

すなわち、タイマ３２ｂにより計時した充電時間があらかじめ定めた充電時間閾値に達する都度、あるいは、電流容量算出部３２ａにより算出した蓄積電流容量があらかじめ定めた蓄積電流容量閾値に達する都度、スイッチ制御部３２ｃによってスイッチ６１，６２，…，６６の開閉状態を制御して、充電対象の蓄電池モジュールを切り替える制御を行っている。また、充電器制御部３２ｄにより、充電対象に応じて、組電池や蓄電池モジュール１１，１２，１３の充電を行うことが可能な電圧値に、充電器３１の最大出力電圧を設定するための制御を行っている。なお、本実施例においては、制御部３２をプログラム論理に基づいて動作するマイクロプロセッサによって構成しているが、ワイヤードロジックで構成するようにしても構わない。

図２の充電回路１００に示すように、最大出力電力９０Ｗの太陽電池モジュール２０の両端は充電器３１の入力端子に接続され、充電器３１の一方の出力端子はスイッチ６１，６２，６３の一方の端子にそれぞれ接続され、充電器３１の他方の端子は、シャント抵抗と並列接続されているシャント付きの電圧測定器８０の一方の端子に接続されている。

また、スイッチ６１，６２，６３それぞれの他方の端子は、それぞれに対応した蓄電池モジュール１１，１２，１３の充電用の一方の端子に接続され、蓄電池モジュール１１，１２，１３それぞれの充電用の他方の端子は、スイッチ６４，６５，６６それぞれの一方の端子に接続される。スイッチ６４，６５，６６それぞれの他方の端子は、シャント抵抗付きの電圧測定器８０の他方の端子に接続され、シャント付きの電圧測定器８０の測定結果の出力端子は、制御部３２の入力端子に接続され、また、制御部３２の出力端子は、充電器３１の制御端子に接続されている。

なお、制御部３２のスイッチ制御部３２ｃからの出力は、図示していないが、スイッチ６１，６２，…，６６の開閉制御を行うスイッチ制御用の信号線に接続されており、内蔵しているタイマ３２ｂによる時限監視結果から得られた充電時間とあらかじめ定めた充電時間閾値例えば１０分との比較結果や、シャント付きの電圧測定器８０の測定結果に基づいて電流容量算出部３２ａにて算出された蓄積電流容量とあらかじめ定めた蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈとの比較結果に基づいて、スイッチ制御部３２ｃによりスイッチ６１，６２，…，６６の開閉を制御して、蓄電池モジュール１１，１２，１３のうち充電対象の蓄電池モジュールを切り替える制御や、充電終了の制御を行っている。

次に、図２に示す充電回路１００の充電動作について、図３のフローチャートを用いてさらに説明する。ここに、図３は、本発明の一実施例であるニッケル水素蓄電池の充電回路１００の充電動作の一例を説明するフローチャートであり、本発明に係る充電方法の一例を示すものである。

まず、図２の充電回路１００を構成した後、各蓄電池モジュール１１，１２，１３は、出力電圧４．０Ｖまであらかじめ放電させた後、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３すべてを当該充電回路１００に接続し、太陽電池モジュール２０を屋外の太陽光の当たる場所に設置した。

しかる後、図３のフローチャートにおいて、制御部３２の制御により、まず、各蓄電池モジュール１１，１２，１３それぞれの充電が可能なように、充電器制御部３２ｄを制御して、充電器３１の最大出力電圧を６Ｖに設定した後、充電対象の蓄電池モジュールとして、最初に、蓄電池モジュール１１，１２，１３のうち、充電対象の蓄電池モジュールとして、例えば蓄電池モジュール１１を選択する（ステップＳ０１）。

次に、電流容量算出部３２ａにて算出された、当該蓄電池モジュール１１の積算充電電流容量すなわち蓄積電流容量が、蓄積電流容量閾値としてあらかじめ定めた電流容量例えば１００Ａｈ以下か否かをチェックする（ステップＳ０２）。蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈを超えた場合は（ステップＳ０２のＮＯ）、当該蓄電池モジュール１１の充電は終了したものとして、ステップＳ０６に移行するが、蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈ以下であった場合は（ステップＳ０２のＹＥＳ）、当該蓄電池モジュール１１を充電するために、スイッチ制御部３２ｃの制御により、対応するスイッチ６１，６４のみを閉成して、他のスイッチは開放状態にして（ステップＳ０３）、充電器３１によって蓄電池モジュール１１の充電を開始するとともに、充電時間を計時するために、タイマ３２ｂをスタートさせる（ステップＳ０４）。

しかる後、タイマ３２ｂにより計時されている当該蓄電池モジュール１１に対する充電時間が、充電継続時間としてあらかじめ定めた充電時間閾値例えば１０分以下か否かをチェックする（ステップＳ０５）。充電時間閾値例えば１０分以下であった場合は（ステップＳ０５のＮＯ）、ステップＳ０３に戻って、当該蓄電池モジュール１１に対する充電を継続する。一方、充電時間閾値例えば１０分に達していた場合は（ステップＳ０５のＹＥＳ）、制御部３２は、まだ、充電対象となる蓄電池モジュールが残っているか否かを確認する（ステップＳ０６）。

まだ、充電対象となる蓄電池モジュールが残っている場合は（ステップＳ０６のＹＥＳ）、次の蓄電池モジュールへの切り替え接続を指示して（ステップＳ０７）、ステップＳ０１に復帰して、次の充電対象の蓄電池モジュールとして例えば蓄電池モジュール１２を選択する。電流容量算出部３２ａによる算出結果として、次の蓄電池モジュール１２が蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈ以下であった場合は（ステップＳ０２のＹＥＳ）、蓄電池モジュール１２を充電するために、スイッチ制御部３２ｃの制御により、対応するスイッチ６２，６５のみを閉成して、他のスイッチは開放状態にして（ステップＳ０３）、タイマ３２ｂの計時結果として充電器３１によって蓄電池モジュール１２を１０分間だけ充電した後（ステップＳ０４，Ｓ０５）、まだ、充電対象となる蓄電池モジュールが残っているか否かを確認する（ステップＳ０６）。

しかる後、まだ、充電対象となる蓄電池モジュールが残っている場合は（ステップＳ０６のＹＥＳ）、次の蓄電池モジュールへの切り替え接続を指示して（ステップＳ０７）、ステップＳ０１に復帰して、次の充電対象の蓄電池モジュールとして例えば蓄電池モジュール１３を選択する。電流容量算出部３２ａによる算出結果として、次の蓄電池モジュール１３が蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈ以下であった場合は（ステップＳ０２のＹＥＳ）、蓄電池モジュール１３を充電するために、スイッチ制御部３２ｃの制御により、対応するスイッチ６３，６６のみを閉成して、他のスイッチは開放状態にして（ステップＳ０３）、タイマ３２ｂの計時結果として充電器３１によって蓄電池モジュール１３を１０分間だけ充電した後（ステップＳ０４，Ｓ０５）、まだ、充電対象となる蓄電池モジュールが残っているか否かを確認する（ステップＳ０６）。

かくのごとく、１０分ごとに、充電対象の蓄電池モジュールを順番に切り替えていく動作を繰り返すことによって、蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべてが、蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈを超えて、充電すべき蓄電池モジュールが残っていない状態に至った場合（ステップＳ０６のＮＯ）、充電動作を終了する。

以上のように、充電単位として、蓄電池モジュール１１，１２，１３を例えば１０分ごとに切り替えながら充電器３１による充電動作を繰り返すことによって、組電源を構成する複数の蓄電池モジュール１１，１２，１３を効率的に充電することができる。

次に、図４の説明図に基づいて、本実施例における充電動作についてさらに説明する。ここに、図４は、複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池を充電する充電回路１００の充電動作の一例を説明するための説明図であり、横軸に時間を、縦軸に各蓄電池モジュールの充電状況である積算充電電流容量すなわち蓄積電流容量を示している。

図４（Ａ）は、蓄積電流容量閾値としてあらかじめ定めた例えば１００Ａｈの積算蓄電電流容量に達するまで、充電時間閾値としてあらかじめ定めた時間例えば１０分ごとに、充電単位となる蓄電池モジュール１１，１２，１３を順番に切り替えて充電を繰り返す場合を例示しており、一方、図４（Ｂ）は、蓄積電流容量閾値としてあらかじめ定めた電流容量例えば１００Ａｈの積算蓄電電流容量に達するまで、蓄電池モジュール１１，１２，１３を直列接続した組電池の状態ままにしてまとめて充電する場合を例示している。

まず、充電単位として、蓄電池モジュール１１，１２，１３を例えば１０分ごとに切り替えながら充電器３１による充電動作を繰り返す場合について、図４（Ａ）の説明図に基づいて説明する。

図４（Ａ）において、実線の折れ線グラフは、蓄電池モジュール１１の充放電状態を示し、一点鎖線の折れ線グラフは、蓄電池モジュール１２の充放電状態を示し、二点鎖線の折れ線グラフは、蓄電池モジュール１３の充放電状態を示している。

なお、図４（Ａ）、（Ｂ）においては、いずれも、各蓄電池モジュール１１，１２，１３を、出力電圧４．０Ｖまであらかじめ放電させた後、当該充電回路１００に接続し、太陽電池モジュール２０を屋外の太陽光の当たる場所に設置した場合を示している。ここで、図４（Ａ）の例においては、各蓄電池モジュールの積算充電電流容量すなわち蓄積電流容量は、蓄電池モジュール１１，１３，１２の順番に小さくなっていたものと仮定し、充電順序として、蓄電池モジュール１１，１３，１２の順番に充電している場合を示している。

また、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３それぞれにおいて、蓄電池モジュール１１，１２，１３が、蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈに達して、時刻Ｔ３において、蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべての充電動作が終了し、しかる後、蓄電池モジュール１１，１２，１３それぞれの放電動作を開始して、時刻Ｔ５，Ｔ６,Ｔ４のそれぞれにおいて、出力電圧が４．０Ｖまで低下した例を示している。

次に、図４（Ａ）に示すように、制御部３２の制御により、最初に、スイッチ６１，６４のみを閉じて、他のスイッチは開放状態にして、充電器３１によって蓄電池モジュール１１を充電時間閾値として定めた時間例えば１０分間だけ充電し、まだ、充電すべき蓄積電流容量閾値の電流値例えば１００Ａｈに達していない状態にあったとしても、当該蓄電池モジュール１１の充電動作を一旦終了させる。次に、スイッチ６１，６４を開放して、スイッチ６２，６５のみを閉じて、充電器３１によって蓄電池モジュール１２を充電時間閾値として定めた時間例えば１０分間だけ充電し、次に、スイッチ６２，６５を開放して、スイッチ６３，６６のみを閉じて、充電器３１によって蓄電池モジュール１３を充電時間閾値として定めた時間例えば１０分間だけ充電するという充電動作を繰り返して行う。

かくのごとく、１０分ごとに、充電対象の蓄電池モジュールを順番に切り替えていく動作を繰り返すことによって、時刻Ｔ３に示す４日目には、シャント付きの電圧測定器８０の測定結果から算出された蓄積電流容量について、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のいずれも蓄積電流容量閾値の電流値例えば１００Ａｈを超えたため、充電動作を停止した。

しかる後、各蓄電池モジュール１１，１２，１３を、それぞれ、実施例１の図１のような放電回路に順番に接続して放電器４０を介して負荷５０に対して２５℃、３０Ａで放電を行い、出力電圧が４．０Ｖに低下するまで放電させ、放電電流容量を測定した結果、図４（Ａ）の放電期間に示すように、蓄電池モジュール１１，１２，１３それぞれは、時刻Ｔ５，Ｔ６，Ｔ４の時点で８７．５Ａｈ，８８．２Ａｈ，８７．７Ａｈとなり、実施例１の晴天時における蓄電池モジュール１０ａの放電性能とほぼ同等の結果が得られた。

次に、充電器制御部３２ｄの制御により、充電器３１の最大出力電圧を６Ｖの状態から２０Ｖまで昇圧した状態に設定した後、スイッチ６１，６６のみを閉じて、他のスイッチを開放状態にして、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を直列接続した組電池の状態に設定し、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３をまとめて充電した場合について、図４（Ｂ）を用いて説明する。なお、時刻Ｔ７において、組電池の状態に直列接続した３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３が、蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈに達して、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３の充電動作が終了し、しかる後、組電池の状態に直列接続した３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３の放電動作を開始して、時刻Ｔ８において、組電池としての出力電圧が１２．０Ｖまで低下した例を示している。

図４（Ｂ）においては、直列接続した３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３をまとめて充電できるように、充電器３１の最大出力電圧を例えば２０Ｖまで昇圧した後、４．０Ｖの出力電圧まで放電させた状態の３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３が直列接続の状態になるように、スイッチ６１，６６を閉成して、充電器３１から充電を行った場合、図４（Ｂ）に示すように、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべての蓄積電流容量が蓄積電流容量閾値として定めた電流値例えば１００Ａｈに達するまでに、時刻Ｔ７に示すまでの時間として５日かかり、図４（Ａ）の場合のように、各蓄電池モジュール１１，１２，１３をあらかじめ定めた充電時間閾値の時間ごとすなわち１０分ごとに順次切り替えながら充電を行った場合に比して、長い日数を要した。

しかる後、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を直列接続した組電池の状態で、実施例１の図１のような放電回路に接続して放電器４０を介して負荷５０に対して２５℃、３０Ａで放電を行い、直列接続の３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３の出力電圧が１２．０Ｖに低下するまで放電させ、放電電流容量を測定した結果、図４（Ｂ）に示すように、時刻Ｔ８の時点で、６７．２Ａｈとなり、図４（Ａ）の場合のように、蓄電池モジュール１１，１２，１３を１０分ごとに切り替えながら充電を行った場合に比して、小さい値となった。

（実施例３）
次に、実施例２に示した図２に示すような充電回路１００を用いて、今度は、完全に放電した状態のニッケル水素蓄電池の充電手順とその充放電特性の測定を行った場合を例にとって、本発明の異なる実施例について説明する。完全に放電した状態の組電源（組電池）を充電する場合、実施例２の場合とは異なり、組電源を構成するニッケル水素蓄電池を複数の充電単位に分割した蓄電池モジュールごとに切り替えて充電を繰り返す動作のみならず、組電源を構成するすべての蓄電池モジュールをまとめて充電する動作を、実際の蓄積電流容量（積算充電電流容量）に応じて、切り替えるようにすることが有効であり、本実施例はかかる動作の一例について説明している。

なお、本実施例においては、負荷に電力を供給する組電源が、実施例２の場合と同様に、直列接続した１２個のニッケル水素蓄電池からなる組電池として構成される場合について説明するが、直列接続した１２個のニッケル水素蓄電池をまとめた組電池の形態のまま充電する場合と、直列接続した４個ずつのニッケル水素蓄電池からなる３組の蓄電池モジュールの充電単位に分割して充電する場合とに切り替えながら充電を行う動作について説明している。

また、本実施例においては、図２に示す充電回路１００の充電器３１として、最大昇圧電圧を２０Ｖと６Ｖとのいずれかに、制御部３２の充電器制御部３２ｄからの制御によって自動的に切り替えることが可能な切り替え式の充電器３１ａを用いることにする。

次に、図２に示す充電回路１００の充電動作について、図５のフローチャートを用いてさらに説明する。ここに、図５は、本発明の一実施例であるニッケル水素蓄電池の充電回路１００の充電動作の図３とは異なる例を説明するフローチャートであり、本発明に係る充電方法の図３とは異なる例を示すものである。

まず、図２の充電回路１００を構成した後、各蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべてのニッケル水素蓄電池１は、あらかじめ完全に放電させた後、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３すべてを当該充電回路１００に接続し、太陽電池モジュール２０を屋外の太陽光の当たる場所に設置した。

しかる後、図５のフローチャートにおいて、充電対象の蓄電池モジュールとして、最初に、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべてを直列接続した組電池の状態で充電することが可能な出力電圧レベル（例えば２０Ｖ）に、制御部３２の充電器制御部３２ｄの制御により、充電器３１の出力電圧を昇圧して設定した後（ステップＳ１１）、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべてを直列接続の状態に設定するように、スイッチ制御部３２ｃの制御により充電回路１００の各スイッチを開閉する（図２の充電回路１００の場合、スイッチ６１,６６のみを閉成して、他のスイッチは開放状態にする）（ステップＳ１２）。

３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべてを直列接続した組電池の状態で、充電器３１によって蓄電池モジュール１１,１２，１３の充電を開始し（ステップＳ１３）、シャント抵抗付きの電圧測定器８０によって取得された充電電流が、蓄電池モジュールごとの充電動作に切り替えるべきか否かを示す充電電流値としてあらかじめ定めた第１充電電流閾値（例えば、５Ａ）を超えているか否かを確認する（ステップＳ１４）。

充電電流が、第１充電電流閾値を超えて流れていた場合には（ステップＳ１４のＹＥＳ）、蓄電池モジュール１１，１２，１３をまとめて充電すべき状態にあるものと判断して、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべての直列接続した状態による充電動作をそのまま継続する（ステップＳ１５）。次に、充電結果として、シャント抵抗付きの電圧測定器８０による測定結果に基づいて、電流容量算出部３２ａにより算出された３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべての蓄積電流容量が、所望の充電状態例えば満充電状態としてあらかじめ定めた蓄積電流容量閾値以下か否かをチェックする（ステップＳ１６）。

該蓄積電流容量閾値を超えていた場合は（ステップＳ１６のＮＯ）、充電動作を終了するが、該蓄積電流容量閾値以下であった場合は（ステップＳ１６のＹＥＳ）、ステップＳ１４に復帰して、組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべてを直列接続した状態による充電動作をさらに継続して行うか否かを確認する動作以降を繰り返す。

また、ステップＳ１４において、充電電流が、前記第１充電電流閾値以下になっていた場合には（ステップＳ１４のＮＯ）、充電単位ごとに切り替えて充電動作を行うべき状態にあるものと判断して、各蓄電池モジュール１１，１２，１３をそれぞれ個別に充電することが可能な出力電圧レベル（例えば６Ｖ）に、充電器制御部３２ｄの制御により、充電器３１の出力電圧を降圧して設定した後（ステップＳ１７）、蓄電池モジュール１１，１２，１３のうち、充電対象の蓄電池モジュールとして、現在、最も積算充電電流容量すなわち蓄積電流容量が小さい蓄電池モジュール例えば蓄電池モジュール１１を選択する（ステップＳ１８）。

なお、最も積算充電電流容量すなわち蓄積電流容量が小さい蓄電池モジュールが複数存在している場合は、各蓄電池モジュールに付与された識別番号が小さい番号の蓄電池モジュールから順番に優先的に選択する。

次に、当該蓄電池モジュール１１の蓄電電流容量が、所望の充電状態例えば満充電状態を示す蓄積電流容量閾値としてあらかじめ定めた電流容量例えば１００Ａｈ以下か否かを電流容量算出部３２ａの算出結果に基づいてチェックする（ステップＳ１９）。蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈを超えた場合は（ステップＳ１９のＮＯ）、当該蓄電池モジュール１１の充電は終了したものとして、ステップＳ２５に移行するが、蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈ以下であった場合は（ステップＳ１９のＹＥＳ）、当該蓄電池モジュール１１を充電するために、スイッチ制御部３２ｃの制御により、対応するスイッチ６１，６４のみを閉成して、他のスイッチは開放状態にして（ステップＳ２０）、充電器３１によって蓄電池モジュール１１の充電を開始するとともに、充電時間を計時するために、タイマ３２ｂをスタートさせる（ステップＳ２１）。

しかる後、シャント抵抗付きの電圧測定器８０によって測定された当該蓄電池モジュール１１に対する充電電流が、蓄電池モジュールすべてをまとめた充電動作に切り替えるべきか否かを示す充電電流値としてあらかじめ定めた第２充電電流閾値（例えば１５Ａ）を超えているか否かを確認する（ステップＳ２２）。充電電流が、第２充電電流閾値を超えて流れていた場合には（ステップＳ１４のＹＥＳ）、蓄電池モジュール１１，１２，１３をまとめて充電すべき状態にあるものと判断して、ステップＳ１１に復帰して、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべての直列接続状態にして充電動作を行う状態に移行する。

一方、充電電流が、第２充電電流閾値以下であった場合には（ステップＳ１４のＮＯ）、各蓄電池モジュール１１，１２，１３を個別に充電すべき状態にあるものと判断して、当該蓄電池モジュール１１の充電動作をそのまま継続する（ステップＳ２３）。

しかる後、タイマ３２ｂによって計時されている当該蓄電池モジュール１１に対する充電時間が、充電継続時間としてあらかじめ定めた充電時間閾値例えば１０分以下か否かをチェックする（ステップＳ２４）。充電時間閾値例えば１０分以下であった場合は（ステップＳ２４のＮＯ）、ステップＳ２１に戻って、当該蓄電池モジュール１１に対する充電を継続する。一方、充電時間閾値例えば１０分に達していた場合は（ステップＳ２４のＹＥＳ）、制御部３２は、まだ、充電対象となる蓄電池モジュールが残っているか否かを確認する（ステップＳ２５）。

まだ、充電対象となる蓄電池モジュールが残っている場合は（ステップＳ２５のＹＥＳ）、次の蓄電池モジュールへの切り替え接続を指示して（ステップＳ２６）、ステップＳ１８に復帰して、次の充電対象の蓄電池モジュールとして、現在、最も積算充電電流容量すなわち蓄積電流容量が小さい蓄電池モジュールを選択する動作に復帰する。

以上のように、充電単位として、蓄電池モジュール１１，１２，１３をまとめて充電器３１により充電する場合と、蓄電池モジュール１１，１２，１３を例えば１０分ごとに切り替えながら充電器３１による充電動作を繰り返す場合とを、充電電流値に応じて、適宜、切り替えることによって、組電源を構成する複数の蓄電池モジュール１１，１２，１３を効率的に充電することができる。

次に、図６の説明図に基づいて、本実施例における充電動作についてさらに説明する。ここに、図６は、複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池を充電する充電回路１００の充電動作の図４とは異なる例を説明するための説明図であり、横軸に時間を、縦軸に各蓄電池モジュールの充電状況である積算充電電流容量すなわち蓄積電流容量を示している。

なお、図６においては、各蓄電池モジュール１１，１２，１３をあらかじめ完全に放電させた後、当該充電回路１００に接続し、太陽電池モジュール２０を屋外の太陽光の当たる場所に設置した場合を示している。

また、図６の例においては、時刻Ｔ９に至るまでは、充電器３１からの充電電流が前記第１充電電流閾値の電流値例えば５Ａを超えた状態にあって、蓄電池モジュール１１，１２，１３をまとめて充電する状態が継続し、時刻Ｔ９に達した時点で、充電電流が前記第１充電電流閾値の電流値例えば５Ａ以下になったため、各蓄電池モジュール１１，１２，１３を充電単位として、あらかじめ定めた充電時間閾値の時間例えば１０分ごとに、積算充電電流容量すなわち蓄積電流容量が小さい順番に、順次、蓄電池モジュール１１，１２，１３を切り替えて充電する動作に設定する。

しかる後、充電電流があらかじめ定めた第２充電電流閾値の電流値例えば１５Ａを超えない限り、この状態のまま、各蓄電池モジュール１１，１２，１３を順番に切り替えながら充電する動作を繰り返すことによって、満充電状態の蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈまで、充電を行っている場合を示している。なお、時刻Ｔ９の時点では、蓄電池モジュール１１，１３，１２の順番に、蓄積電流容量が小さいものと仮定して、充電順序として、蓄電池モジュール１１，１３，１２の順番に充電している場合を示している。

また、時刻Ｔ１０において、蓄電池モジュール１１，１２，１３のすべてが、蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈに達して、充電動作が終了し、しかる後、蓄電池モジュール１１，１２，１３を直列接続した組電池としての放電動作を開始して、時刻Ｔ１１において、出力電圧が１２．０Ｖまで低下した例を示している。

図６において、まず、充電器制御部３２ｄの制御により、最大出力電圧として２０Ｖを出力する状態に充電器３１ａを設定した後、スイッチ制御部３２ｃの制御により、スイッチ６１，６６のみを閉じて、他のスイッチを開放状態にすることにより、あらかじめ完全に放電させておいた３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を直列接続した状態に設定し、組電池を構成する蓄電池モジュール１１，１２，１３をまとめて充電する動作を開始する。ここで、充電中における充電電流を、シャント抵抗付きの電圧測定器８０によって常時測定し、第１充電電流閾値として定めた電流値例えば５Ａを超えている限り、電流容量算出部３２ａにより算出された蓄積電流容量が所望の充電状態例えば満充電状態の蓄積電流容量閾値の電流値例えば１００Ａｈに達するまで、このままの状態で充電を継続する。

しかし、時刻Ｔ９において、充電電流が第１の充電電流閾値の電流値例えば５Ａ以下に低下したことが検出された場合、制御部３２は、蓄電池モジュールごとすなわち各充電単位ごとの充電動作に切り替えるために、充電器制御部３２ｄの制御により充電器３１ａの最大出力電圧として６Ｖを出力する状態に切り替えた後、蓄電池モジュール１１，１２，１３のうち、優先して充電すべき充電対象の蓄電池モジュールとして蓄積電流容量が最も小さい蓄電池モジュール、例えば、蓄電池モジュール１１を選択して、スイッチ制御部３２ｃの制御によりスイッチ６１，６４のみを閉成した状態に設定して、蓄電池モジュール１１のみの充電動作に切り替えるとともに、充電時間を計時するためにタイマ３２ｂの計時動作をスタートさせる。

なお、蓄積電流容量が等しい蓄電池モジュールが複数存在している場合には、前述したように、その中で、蓄電池モジュールに付与されている識別番号の小さい方から優先して選択するようにする。

ここで、充電中における充電電流をシャント抵抗付きの電圧測定器８０によって常時測定し、第２充電電流閾値として定めた電流値例えば１５Ａ以下の電流値である限り、充電時間が充電時間閾値として定めた時間例えば１０分が経過するまで、あるいは、蓄積電流容量が満充電状態の蓄積電流容量閾値の電流値例えば１００Ａｈに達するまで、このままの状態で充電を継続する。なお、図６には示していないが、途中で、第２充電電流閾値として定めた電流値例えば１５Ａを超える充電電流が流れていることを検出した場合は、充電器制御部３２ｄの制御により充電器３１ａの最大出力電圧として２０Ｖを出力する状態に切り替えた後、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を直列接続してまとめて充電する動作に復帰させる。

しかる後、スイッチ制御部３２ｃの制御によりスイッチ６１，６６のみを閉成して、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を直列接続してまとめて充電する動作に復帰した以降において、充電電流が５Ａ以下に再度低下した場合には、再び、蓄電池モジュール１１，１２，１３を、蓄電池モジュール単位に切り替えながら充電を行う状態に移行する。

また、充電単位ごとに個別に充電している状態において、蓄電池モジュール１１の充電動作の途中で、電流容量算出部３２ａによる算出結果として蓄電池モジュール１１の積算蓄積電流容量が蓄積電流容量閾値の電流値例えば１００Ａｈを超えた状態に達するか、あるいは、図６に示すように、タイマ３２ｂの計時結果として蓄電池モジュール１１の充電時間が経過して、充電時間が充電時間閾値として定めた時間例えば１０分に達した場合には、次に、蓄電池モジュール１１，１２，１３のうち、優先して充電すべき充電対象の蓄電池モジュールとして、現時点で最も蓄積電流容量が小さい蓄電池モジュール、例えば、蓄電池モジュール１３を選択して、スイッチ６３，６６のみを閉成した状態に設定して、蓄電池モジュール１３のみの充電を開始する。

しかる後、充電中における充電電流をシャント抵抗付きの電圧測定器８０によって常時測定し、第２充電電流閾値として定めた電流値例えば１５Ａ以下の電流値である限り、充電時間が充電時間閾値として定めた時間例えば１０分が経過するまで、あるいは、蓄積電流容量が所望の充電状態例えば満充電状態の蓄積電流容量閾値の電流値例えば１００Ａｈに達するまで、このままの状態で充電を継続する。図６に示すように、タイマ３２ｂの計時結果として充電時間が充電時間閾値として定めた時間例えば１０分に達した場合には、次に、蓄電池モジュール１１，１２，１３のうち、優先して充電すべき充電対象の蓄電池モジュールとして、現時点で最も蓄積電流容量が小さい蓄電池モジュール、例えば、蓄電池モジュール１２を選択して、スイッチ６２，６５のみを閉成した状態に設定して、蓄電池モジュール１２のみの充電を開始する。

しかる後、充電中における充電電流をシャント抵抗付きの電圧測定器８０によって常時測定し、第２充電電流閾値として定めた電流値例えば１５Ａ以下の電流値である限り、充電時間が充電時間閾値として定めた時間例えば１０分が経過するまで、あるいは、蓄積電流容量が満充電状態の蓄積電流容量閾値の電流値例えば１００Ａｈに達するまで、このままの状態で充電を継続する。

かくのごとき充電動作を繰り返すことによって、時刻Ｔ１０に示す５日目には、電圧測定器８０の測定結果から算出された蓄積電流容量について、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３のいずれも蓄積電流容量閾値の電流値例えば１００Ａｈを超えたため、充電動作を停止した。このように、完全放電状態からの充電動作であっても、それぞれが４．０Ｖの出力電圧となった３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を、直列接続した状態でまとめて充電するのみの場合を例示した実施例２の図４（Ｂ）の場合と、ほぼ同じ時間で効果的に充電することが可能である。

しかる後、３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を直列接続した組電池の状態で、実施例１の図１のような放電回路に接続して放電器４０を介して負荷５０に対して２５℃、３０Ａで放電を行い、直列接続の３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３の出力電圧が１２．０Ｖに低下するまで放電させ、放電電流容量を測定した結果、図６に示すように、時刻Ｔ１１の時点で、８６．５Ａｈとなり、たとえ、完全放電状態からの充電動作であっても、それぞれが４．０Ｖの出力電圧となった３組の蓄電池モジュール１１，１２，１３を、直列接続した状態でまとめて充電するのみの場合を例示した実施例２の図４（Ｂ）の場合よりも大きい値となった。

以上の各実施例において詳細に説明したように、本発明に係る充電方法および充電回路においては、太陽光発電のような自然エネルギーを利用した直流電流源によって、複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池を充電する場合においても、効率良く、かつ、安価に充電を行うことが可能である。

なお、充電回路の直流電流源として、各実施例において例示したような太陽光発電を利用する場合、日照時間を自動的に判別して充電動作の継続の可否を制御する昼夜判別回路を、図１のような充電回路１００にさらに付加して構成するようにしても良いし、また、充電器３１からの出力電圧を高い精度で安定化させるための定電圧制御回路を付加するようにしても良い。

また、充電器３１の昇降圧機構として、例えば、回路構成が容易になるブースタ・コンバータ形式の回路を利用しても良いし、さらには、消費電力の低減を図るために、他励式としても良い。

また、直流電流源としては、前述したように、太陽光発電の場合のみならず、風力発電のような自然エネルギーを利用する形態であっても良いし、あるいは、交流商用電源などを整流器により直流電流化したものであっても良いし、如何なる形態のものであっても良い。

また、電流容量算出部３２ａにおいて、満充電状態を示す蓄積電流容量閾値例えば１００Ａｈに達したか否かを、シャント付きの電圧測定器８０により測定される充電電流の積算結果に基づいて算出している場合を説明したが、満充電状態に達したか否かを判別するための異なる例として、例えば、蓄電池モジュール１１，１２，１３それぞれの、あるいは、組電池としての、出力電圧が、ピーク電圧からあらかじめ定めた電圧量だけ低下した状態を検知するような方法を用いても良いし、あるいは、蓄電池モジュール１１，１２，１３それぞれの、あるいは、組電池としての、内部温度を検出する温度センサを備えて、該温度センサが或る単位時間当たりに、あらかじめ定めた温度上昇率以上になっていることを検出するような方法を用いても良い。

蓄電池モジュールの充放電特性を測定するための接続構成を示す接続図である。 本発明に係るニッケル水素蓄電池の充電回路の一構成例を示す構成図である。 本発明の一実施例であるニッケル水素蓄電池の充電回路の充電動作の一例を説明するフローチャートである。 複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池を充電する充電回路の充電動作の一例を説明するための説明図である。 本発明の一実施例であるニッケル水素蓄電池の充電回路の充電動作の図３とは異なる例を説明するフローチャートである。 複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池を充電する充電回路の充電動作の図４とは異なる例を説明するための説明図である。

符号の説明

１…ニッケル水素蓄電池（蓄電池セル）、１０，１０ａ，１０ｂ…蓄電池モジュール、１１，１２，１３…蓄電池モジュール、２０…太陽電池モジュール、３０…充電器、３１，３１ａ…充電器、３２…制御部、３２ａ…電流容量算出部、３２ｂ…タイマ、３２ｃ…スイッチ制御部、３２ｄ…充電器制御部、４０…放電器、５０…負荷、６０…第１スイッチ、６１，６２，…，６６…スイッチ、７０…第２スイッチ、８０，８１，９０…シャント抵抗付きの電圧測定器、１００…充電回路。

Claims (14)

1. 複数のニッケル水素蓄電池セルが直列に接続された組電池を直流電流源に接続して充電する充電方法において、前記組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを、充電単位として、１ないし複数のニッケル水素蓄電池セルからなる複数の蓄電池モジュールに分割し、前記充電単位ごとの充電時間としてあらかじめ定めた充電時間閾値が経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電することを特徴とする充電方法。
2. 複数のニッケル水素蓄電池セルが直列に接続された組電池を直流電流源に接続して充電する充電方法において、前記組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを、充電単位として、１ないし複数のニッケル水素蓄電池セルからなる複数の蓄電池モジュールに分割し、かつ、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電を行った際に、充電電流があらかじめ定めた第１充電電流閾値を超えているか否かを確認し、前記第１充電電流閾値を超えていた場合は、前記組電池を構成した状態で充電する動作を継続し、一方、前記第１充電電流閾値以下に低下した場合は、前記充電単位ごとの充電時間としてあらかじめ定めた充電時間閾値が経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電する動作に切り替えることを特徴とする充電方法。
3. 請求項２に記載の充電方法において、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電している状態において、充電電流があらかじめ定めた第２充電電流閾値を超えているか否かを確認し、前記第２充電電流閾値を超えていた場合は、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電する動作に切り替えることを特徴とする充電方法。
4. 請求項２または３に記載の充電方法において、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電を行う場合、前記組電池を構成した状態で充電することができる電圧に、前記直流電流源からの入力電圧を昇圧し、一方、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電を行う場合、分割した前記蓄電池モジュールを充電することができる電圧に、前記直流電流源からの入力電圧を設定することを特徴とする充電方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の充電方法において、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電している場合において、充電した前記組電池の蓄積電流容量があらかじめ定めた蓄積電流容量閾値を超えた状態に達した場合、充電動作を終了し、一方、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電している場合において、充電対象の前記蓄電池モジュールの蓄積電流容量が前記蓄積電流容量閾値を超えた状態に達した場合、当該蓄電池モジュールの充電動作を終了して、次の前記蓄電池モジュールを充電する動作に切り替えることを特徴とする充電方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の充電方法において、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電動作を行う場合、複数の前記蓄電池モジュールのうち、蓄積電流容量が最も小さい蓄電池モジュールを優先して次の充電対象の蓄電池モジュールとして選択して、選択した前記蓄電池モジュールの充電を行う状態に切り替えることを特徴とする充電方法。
7. 複数のニッケル水素蓄電池セルが直列に接続された組電池を直流電流源に接続して充電する充電器と、前記充電器からの充電電流を測定する電流測定手段と、当該充電回路の動作を制御する制御手段とを少なくとも備えた充電回路において、前記組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを、充電単位として、１ないし複数のニッケル水素蓄電池セルからなる複数の蓄電池モジュールに分割して、それぞれの前記蓄電池モジュールを、まとめてあるいは前記充電単位ごとに個別に、前記充電器に接続して充電することができるスイッチをさらに備えるとともに、前記制御手段が、前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御手段と、前記充電単位ごとの充電時間をあらかじめ定めた充電時間閾値まで計時するタイマ手段とを備え、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を制御して、複数の前記蓄電池モジュールのうちいずれかを前記充電器に接続して充電し、かつ、前記タイマ手段により、前記充電器に接続した前記蓄電池モジュールの充電時間が前記充電時間閾値を経過したことを検出する都度、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を切り替えて、順次、次の前記蓄電池モジュールを前記充電器に接続して充電する動作を行うことを特徴とする充電回路。
8. 複数のニッケル水素蓄電池セルが直列に接続された組電池を直流電流源に接続して充電する充電器と、前記充電器からの充電電流を測定する電流測定手段と、当該充電回路の動作を制御する制御手段とを少なくとも備えた充電回路において、前記組電池を構成する複数のニッケル水素蓄電池セルを、充電単位として、１ないし複数のニッケル水素蓄電池セルからなる複数の蓄電池モジュールに分割して、それぞれの前記蓄電池モジュールを、まとめてあるいは前記充電単位ごとに個別に、前記充電器に接続して充電することができるスイッチをさらに備えるとともに、前記制御手段が、前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御手段と、前記充電単位ごとの充電時間をあらかじめ定めた充電時間閾値まで計時するタイマ手段とを備え、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を制御して、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で前記充電器に接続して充電を行った際に、前記電流測定手段により測定された充電電流があらかじめ定めた第１充電電流閾値を超えていた場合は、前記組電池を構成した状態で充電する動作を継続し、一方、前記第１充電電流閾値以下に低下した場合は、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を設定して、複数の前記蓄電池モジュールのいずれかを前記充電器に接続して充電し、かつ、前記タイマ手段により、前記充電器に接続した前記蓄電池モジュールの充電時間が前記充電時間閾値を経過したことを検出する都度、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を切り替えて、順次、次の前記蓄電池モジュールを前記充電器に接続して充電する動作に切り替えることを特徴とする充電回路。
9. 請求項８に記載の充電回路において、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電している状態において、前記電流測定手段により測定された充電電流があらかじめ定めた第２充電電流閾値を超えていた場合は、前記スイッチ制御手段の制御により前記スイッチの開閉状態を切り替えて、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で前記充電器に接続して充電する動作に切り替えることを特徴とする充電回路。
10. 請求項８または９に記載の充電回路において、前記制御手段は、前記充電器の最大出力電圧を制御する充電器制御手段をさらに備え、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電を行う場合、前記充電器制御手段の制御により、前記充電器からの最大出力電圧を、前記組電池を構成した状態で充電することができる電圧に、前記直流電流源からの入力電圧を昇圧し、一方、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電を行う場合、前記充電器制御手段の制御により、前記充電器からの最大出力電圧を、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを充電することができる電圧に、前記直流電流源からの入力電圧を設定することを特徴とする充電回路。
11. 請求項７ないし１０のいずれかに記載の充電回路において、前記制御手段は、前記電流測定手段により測定された充電電流に基づいて充電中の前記蓄電池モジュールの蓄積電流容量を算出する電流容量算出手段をさらに備え、複数の前記蓄電池モジュールすべてを直列接続して前記組電池を構成した状態で充電している場合において、前記電流容量算出手段により算出された前記組電池の蓄積電流容量が前記蓄積電流容量閾値を超えた状態に達した場合、充電動作を終了し、一方、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電している場合において、前記電流容量算出手段により算出された充電対象の前記蓄電池モジュールの蓄積電流容量が、前記蓄積電流容量閾値を超えた状態に達した場合、当該蓄電池モジュールの充電動作を終了して、次の前記蓄電池モジュールの充電動作に切り替えることを特徴とする充電回路。
12. 請求項１１に記載の充電回路において、前記制御手段は、前記充電単位ごとの充電時間が前記充電時間閾値を経過する都度、前記充電単位ごとに分割した前記蓄電池モジュールを切り替えながら充電動作を行う場合、複数の前記蓄電池モジュールのうち、次の充電対象として前記充電器に接続する蓄電池モジュールを選択する際に、蓄積電流容量が最も小さい蓄電池モジュールを優先して次の充電対象の蓄電池モジュールとして選択して、選択した前記蓄電池モジュールを、前記スイッチ制御手段により前記スイッチの開閉状態を制御して前記充電器に接続し、充電を行う状態に切り替えることを特徴とする充電回路。
13. 請求項７ないし１２のいずれかに記載の充電回路において、前記電流測定手段が、充電電流を測定するためのシャント抵抗と前記シャント抵抗の両端の電圧を測定する電圧測定器とにより構成されていることを特徴とする充電回路。
14. 請求項７ないし１３のいずれかに記載の充電回路において、前記制御手段が、プログラム論理に基づいて動作するマイクロプロセッサからなっていることを特徴とする充電回路。

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