JP2009212020A

JP2009212020A - 蓄電装置

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Publication number: JP2009212020A
Application number: JP2008055709A
Authority: JP
Inventors: Takashi Domoto; 貴史堂元; Ryuichi Morikawa; 竜一森川; Asami Mizutani; 麻美水谷; Yukio Kadota; 行生門田; Yuki Kuwano; 友樹桑野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-06
Also published as: JP5184921B2

Abstract

【課題】充放電ユニットが複数並列に接続された蓄電装置において、各充放電ユニットの間に電圧差が生じても単位２次電池の特性劣化や寿命劣化などを防止せしめ得ること。
【解決手段】単位２次電池が直列に接続された第１の電池列と、第１の電池列に直列に接続された第１の抵抗素子と、第１の抵抗素子に並列に接続された第１の抵抗短絡スイッチとを有する第１の充放電ユニットと、この第１の充放電ユニットと同様の構成を有し、第１の充放電ユニットに並列に接続された第２の充放電ユニットと、第１、第２の電池列の両端電圧をそれぞれ検出する第１、第２の電圧検出部と、第１の電池列の両端電圧と第２の電池列の両端電圧との差電圧を演算する差電圧演算部と、該差電圧が一定値以上の場合には第１および第２の抵抗短絡スイッチをオフ状態とし、そうでない場合には第１および第２の抵抗短絡スイッチをオン状態とするように制御を行うスイッチ制御部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気を蓄積または放出する蓄電装置に係り、特に、規模の比較的大きな蓄電装置に関する。

２次電池を利用して、比較的大きな電力の充放電が可能な蓄電装置の例として特許第３３３１５２９号明細書記載のものがある。同文献に開示の蓄電装置は、アレイ状に接続された単位２次電池において各単位２次電池の異常を検知する手段と、異常のある単位２次電池を電気的に切り離す手段と、その分の電圧を補う手段と、逆流防止ダイオードとを有している。これにより、単位２次電池に異常が発生した場合にも、蓄電装置の全体として正常な動作を長期間安定に行うことを意図している。

しかしながら、各単位２次電池が異常な状態に至っているとは言えない状況においても、上記のようなアレイ状の単位２次電池の接続構成では、次のような状態があり得る。すなわち、アレイのうちのある直列部分（これを以下「充放電ユニット」という）と別の直列部分とで発生電圧に差が生じ、装置全体として充電モードであっても一部の充放電ユニットで放電がなされる状態や、逆に、装置全体として放電モードであっても一部の充放電ユニットで充電がなされる状態である。このような状態では、上記の電圧差によっては、部分的に瞬時に大きな電流が流れ、単位２次電池の特性劣化や寿命劣化を引き起こす可能性がある。
特許第３３３１５２９号明細書（図３）

本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、充放電ユニットが複数並列に接続された蓄電装置において、各充放電ユニットの間に電圧差が生じても、単位２次電池の特性劣化や寿命劣化などを防止せしめ得るように構成された蓄電装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る蓄電装置は、単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第１の電池列と、該第１の電池列に直列に接続された第１の抵抗素子と、該第１の抵抗素子に並列に接続された第１の抵抗短絡スイッチとを有する第１の充放電ユニットと、単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第２の電池列と、該第２の電池列に直列に接続された第２の抵抗素子と、該第２の抵抗素子に並列に接続された第２の抵抗短絡スイッチとを有し、前記第１の充放電ユニットに並列に接続された第２の充放電ユニットと、前記第１の電池列の両端電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記第２の電池列の両端電圧を検出する第２の電圧検出部と、前記第１の電池列の前記両端電圧と前記第２の電池列の前記両端電圧との差電圧を演算する差電圧演算部と、前記差電圧に基づき、該差電圧が一定値以上の場合には前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオフ状態とし、前記差電圧が前記一定値以上でない場合には前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオン状態とするように制御を行うスイッチ制御部とを具備することを特徴とする。

すなわち、この蓄電装置には、第１、第２の充放電ユニットが有する第１、第２の電池列の両端電圧をそれぞれ検出する第１、第２の電圧検出部が設けられ、第１、第２の充放電ユニットにそれぞれ、抵抗素子とこの抵抗素子に並列に接続の抵抗短絡スイッチとが設けられる。そして、差電圧演算部において、第１、第２の電池列の両端電圧の差電圧を演算して、この差電圧が一定値以上の場合には第１および第２の抵抗短絡スイッチをオフ状態とし、この差電圧が一定値以上でない場合には第１および第２の抵抗短絡スイッチをオン状態とするようにスイッチ制御部が制御を行う。

したがって、第１、第２の電池列の両端電圧に一定の差が発生する場合には、第１、第２の充放電ユニットの相互の接続状態は２つの抵抗素子を介したものになり、よって部分的に発生する大きな電流を応分に抑制することができる。これにより、単位２次電池の特性劣化や寿命劣化などを防止することができる。

また、本発明の別の態様に係る蓄電装置は、単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第１の電池列と、該第１の電池列に直列に接続された第１のオンオフスイッチと、該第１の電池列および該第１のオンオフスイッチに直列に接続された第１の抵抗素子と、該第１の抵抗素子に並列に接続された第１の抵抗短絡スイッチとを有する第１の充放電ユニットと、単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第２の電池列と、該第２の電池列に直列に接続された第２のオンオフスイッチと、該第２の電池列および該第２のオンオフスイッチに直列に接続された第２の抵抗素子と、該第２の抵抗素子に並列に接続された第２の抵抗短絡スイッチとを有し、前記第１の充放電ユニットに並列に接続された第２の充放電ユニットと、単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第ｎの（ｎは、３から３以上の整数Ｎまでの整数それぞれ。以下同）電池列と、該第ｎの電池列に直列に接続された第ｎのオンオフスイッチと、該第ｎの電池列および該第ｎのオンオフスイッチに直列に接続された第ｎの抵抗素子と、該第ｎの抵抗素子に並列に接続された第ｎの抵抗短絡スイッチとを有し、前記第１ないし第ｎ−１の充放電ユニットに並列に接続された第ｎの充放電ユニットと、前記第１の電池列の両端電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記第２の電池列の両端電圧を検出する第２の電圧検出部と、前記第ｎの電池列の両端電圧を検出する第ｎの電圧検出部と、前記第１ないし第ｎの電池列の前記両端電圧を用いて演算し演算結果を基準電圧として出力する基準電圧演算部と、前記基準電圧に基づき、前記第１ないし第ｎの充放電ユニットのうち該基準電圧からの前記両端電圧が一定値以上の充放電ユニットでは、前記抵抗短絡スイッチをオフ状態でかつ前記オンオフスイッチをオン状態とし、前記第１ないし第ｎの充放電ユニットのうち該基準電圧から前記両端電圧が前記一定値以上でない充放電ユニットでは、前記抵抗短絡スイッチをオン状態でかつ前記オンオフスイッチをオン状態とするように制御を行うスイッチ制御部とを具備することを特徴とする。

すなわち、この蓄電装置には、第１、第２、…、第Ｎの充放電ユニットが有する第１、第２、…、第Ｎの電池列の両端電圧をそれぞれ検出する第１、第２、…、第Ｎの電圧検出部が設けられ、第１、第２、…、第Ｎの充放電ユニットにそれぞれ、抵抗素子とこの抵抗素子に並列に接続の抵抗短絡スイッチとが設けられる。そして、基準電圧演算部において、第１、第２、…、第Ｎの電池列の両端電圧を用いて演算してその結果を基準電圧として出力し、この基準電圧から一定値以上の両端電圧を有する電池列を含む充放電ユニットでは抵抗短絡スイッチをオフ状態とし、そうでない充放電ユニットでは抵抗短絡スイッチをオン状態とするようにスイッチ制御部が制御を行う。

したがって、電池列の両端電圧が基準電圧から一定以上はずれた充放電ユニットでは、他の充放電ユニットとの接続状態が抵抗素子を介したものになり、よって部分的に発生する大きな電流を応分に抑制することができる。これにより、単位２次電池の特性劣化や寿命劣化などを防止することができる。

本発明によれば、充放電ユニットが複数並列に接続された蓄電装置において、各充放電ユニットの間に電圧差が生じても、単位２次電池の特性劣化や寿命劣化などを防止せしめ得る。

上記一態様における実施態様としては、単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第ｎの（ｎは、３から３以上の整数Ｎまでの整数それぞれ。以下同）電池列と、該第ｎの電池列に直列に接続された第ｎの抵抗素子と、該第ｎの抵抗素子に並列に接続された第ｎの抵抗短絡スイッチとを有し、前記第１ないし第ｎ−１の充放電ユニットに並列に接続された第ｎの充放電ユニットと、前記第ｎの電池列の両端電圧を検出する第ｎの電圧検出部とをさらに具備し、前記差電圧演算部が、前記第１ないし第ｎの電池列の前記両端電圧のうちの最大の両端電圧と最小の両端電圧との差電圧を第２の差電圧として演算し、前記スイッチ制御部が、前記第２の差電圧に基づき、該第２の差電圧が一定値以上の場合には前記第１ないし第ｎの抵抗短絡スイッチをオフ状態とし、前記第２の差電圧が前記一定値以上でない場合には前記第１ないし第ｎの抵抗短絡スイッチをオン状態とするように制御を行う、とすることができる。

これは、上記一態様における技術思想を充放電ユニットが３以上ある蓄電装置に適用したものである。

また、実施態様として、前記スイッチ制御部が、前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオフ状態とする制御をしている状態において、前記差電圧演算部による前記差電圧が第２の一定値内に収まったら、前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオン状態に移行する、とすることができる。

これは、第１および第２の抵抗短絡スイッチがオフ状態となっている状態において、差電圧演算部による差電圧が第２の一定値内に収まったことに呼応して、充放電ユニットにおける抵抗素子を短絡して通常の状態に戻すように構成したものである。すなわち、第１、第２の電池列の差電圧が第２の一定値内に収まれば、部分的に発生する電流は小さく、単位２次電池の特性や寿命への影響がないとみなせるからである。

また、実施態様として、前記第１の充放電ユニットに流れる電流を第１の充放電電流として検出する第１の電流検出部と、前記第２の充放電ユニットに流れる電流を第２の充放電電流として検出する第２の電流検出部と、前記第１の充放電電流と前記第２の充放電電流との差電流を演算する差電流演算部とをさらに具備し、前記スイッチ制御部が、前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオフ状態とする制御をしている状態において、前記差電流演算部による前記差電流が第２の一定値内に収まったら、前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオン状態に移行する、とすることができる。

これは、第１および第２の抵抗短絡スイッチがオフ状態となっている状態において、差電流演算部による差電流が第２の一定値内に収まったことに呼応して、充放電ユニットにおける抵抗素子を短絡して通常の状態に戻すように構成したものである。すなわち、第１、第２の充放電ユニットの差電流が第２の一定値内に収まれば、部分的に発生する電流を抑制する目的は達せられており、単位２次電池の特性や寿命への影響がないとみなせるからである。

また、上記別の態様における実施態様としては、前記第１の電池列の異常を検知する第１の異常検知部と、前記第２の電池列の異常を検知する第２の異常検知部と、前記第ｎの電池例の異常を検知する第ｎの異常検知部と、前記第１ないし第ｎの異常検知部の異常検知結果に基づき、前記第１ないし第ｎの電池列のうちに異常該当する電池列がある場合に、前記第１ないし第ｎの充放電ユニットの前記第１ないし第ｎのオンオフスイッチをすべてオフ状態とする制御を行う第２のスイッチ制御部とをさらに具備する、とすることができる。

これは、いずれかの電池列に異常がある場合に、すべての充放電ユニットにおいてオンオフスイッチをオフ状態として実質的に装置としての機能を停止させ、保護が強化される状態にする構成である。

また、実施態様として、前記第１の電池列の異常を検知する第１の異常検知部と、前記第２の電池列の異常を検知する第２の異常検知部と、前記第ｎの電池例の異常を検知する第ｎの異常検知部と、前記第１ないし第ｎの異常検知部の異常検知結果に基づき、前記第１ないし第ｎの電池列のうちに異常該当する電池列がある場合に、前記第１ないし第ｎの充放電ユニットの前記第１ないし第ｎの抵抗短絡スイッチをすべてオフ状態としかつ前記第１ないし第ｎのオンオフスイッチをすべてオン状態とする制御を行う第２のスイッチ制御部とをさらに具備する、とすることができる。

これは、いずれかの電池列に異常がある場合に、すべての充放電ユニットにおいて抵抗短絡スイッチをオフ状態とし、保護が強化される状態にする構成である。

また、実施態様として、前記第１の電池列の異常を検知する第１の異常検知部と、前記第２の電池列の異常を検知する第２の異常検知部と、前記第ｎの電池例の異常を検知する第ｎの異常検知部と、前記第１ないし第ｎの異常検知部の異常検知結果に基づき、前記第１ないし第ｎの電池列のうちの異常該当する電池列を含む前記充放電ユニットにおける前記オンオフスイッチをオフ状態とする制御を行う第２のスイッチ制御部とをさらに具備する、とすることができる。

これは、いずれかの電池列に異常がある場合に、異常のある電池列を含む充放電ユニットにおいてオンオフスイッチをオフ状態として実質的に装置から切り離し、保護が強化される状態にする構成である。

また、実施態様として、前記第１の電池列の異常を検知する第１の異常検知部と、前記第２の電池列の異常を検知する第２の異常検知部と、前記第ｎの電池例の異常を検知する第ｎの異常検知部と、前記第１ないし第ｎの異常検知部の異常検知結果に基づき、前記第１ないし第ｎの電池列のうちの異常該当する電池列を含む前記充放電ユニットにおける前記抵抗短絡スイッチをオフ状態としかつ当該電池列を含む前記充放電ユニットにおける前記オンオフスイッチをオン状態とする制御を行う第２のスイッチ制御部とをさらに具備する、とすることができる。

これは、いずれかの電池列に異常がある場合に、異常のある電池列を含む充放電ユニットにおいて抵抗短絡スイッチをオフ状態としかつオンオフスイッチをオン状態としてその部分で保護が強化される状態にする構成である。

以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の構成を示す回路・ブロック図である。図１に示すように、この蓄電装置は、充放電ユニット１０、２０、…、Ｎ０が並列に接続された構成を有し、通常はこれらの充放電ユニットの全体で、電源４００からの充電を受け、または負荷４００への電力供給（放電）を行うようになっている。ただし、充放電ユニットのいずれかひとつ以上においては、場合により、それら以外の充放電ユニットでの充電あるいは放電の状態とは異なった状態にされる場合がある。これらの場合については順次説明をしていく。

この蓄電装置は、充放電ユニット１０、２０、…、Ｎ０が並列に接続された構成を有することにより、電流定格を応分に大きなものとすることができる。例えば数Ａから数十Ａの定格電流を想定することができる。各充放電ユニット１０、２０、…、Ｎ０の発生電圧は例えば数十Ｖから数百Ｖとすることができる。

充放電ユニット１０は、抵抗素子１１、抵抗短絡スイッチ１２、電池列１３、電圧検出部１４、電流検出部１５、オンオフスイッチ１６を有する。他の充放電ユニットｎ０（ｎは２以上Ｎまでの整数それぞれ。以下同）においても同様の構成ｎ１〜ｎ６をそれぞれ有する。代表して、抵抗素子１１、抵抗短絡スイッチ１２、電池列１３、電圧検出部１４、電流検出部１５、オンオフスイッチ１６について以下説明する。

抵抗素子１１は、電池列１３に直列に接続される。抵抗素子１１としては、各種の一般的な抵抗素子（電力定格によって、例えば、金属皮膜抵抗、炭素皮膜抵抗、酸化金属皮膜抵抗、ホーロー抵抗、セメント抵抗など）のほか、等価的に抵抗素子として機能する素子や回路などを利用してもよい。抵抗素子１１を抵抗短絡スイッチ１２により短絡している場合の電池列１３の電流に対する、抵抗素子１１を介している場合の電池列１３の電流の比が、例えば、２０％ないし３０％程度以上減の値となるように抵抗素子１１の抵抗値を選ぶ。

抵抗短絡スイッチ１２は、抵抗素子１１に並列に接続される。抵抗短絡スイッチ１２としては、機械式のリレーや半導体スイッチなどを利用できる。抵抗短絡スイッチ１２のオンオフ状態は、スイッチ制御部３００からの制御信号により制御される。抵抗短絡スイッチ１２がオン状態では、抵抗素子１１が短絡されて電池列１３からの（電池列１３への）電流が抵抗素子１１を介さずに出力（または入力）される。

電池列１３は、単位２次電池がひとつ以上直列に接続された電池の集合体である。単位２次電池としては、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池など各種の２次電池を利用できる。なお、上記の直列に接続された集合体がさらに互いに並列に接続された形態として電池列１３を構成することも可能である。

電圧検出部１４は、電池列１３の両端電圧を検出するものである。検出された両端電圧は、電圧演算部１００にもたらされる。この実施形態の電圧検出部１４は、電池列１３の全体としてその両端電圧を検出するようになっているが、このような態様に限らず、単位２次電池ごとにその両端電圧を検出する電圧検出部を設けるようにしてもよい。この場合には、それらそれぞれで検出された両端電圧を電圧演算部１００に送る。このようにして電圧演算部１００ではそれらの和として電池列１３の両端電圧を得ることができる。

電流検出部１５は、電池列１３が出力する（または電池列１３に流れ込む）電流を検出するものである。例えば、ホール素子やシャント抵抗を利用する形態が一般的である。これらの素子は電池列１３に直列に挿入、接続される。検出された電流は、電流演算部２００にもたらされる。

オンオフスイッチ１６は、充放電ユニット１０の全体としての充放電をオンまたはオフすることができるように、電池列１４に直列に挿入、接続される。オンオフスイッチ１６としては、機械式のリレーや半導体スイッチなどを利用できる。オンオフスイッチのオンオフ状態は、スイッチ制御部３００からの制御信号により制御される。

また、この蓄電装置は、電圧演算部１００、電流演算部２００、スイッチ制御部３００を有する。電圧演算部１００は、各充放電ユニットｎ０にある電圧検出部ｎ４で検出された電圧を集約し、これらの電圧値を用いて一定の演算を行う。演算により基準となる電圧（基準電圧）を求め、この基準電圧から各電池列ｎ３の両端電圧がどれだけ離れているか（乖離）を求める。ここでの基準電圧としては、場合により、単純平均値、最大値、最小値、最大と最小との中間値などを使い分ける。電圧演算部１００としては、ＣＰＵを備えた情報処理装置を利用できる。

電流演算部２００は、各充放電ユニットｎ０にある電流検出部ｎ５で検出された電流を集約し、これらの電流値を用いて一定の演算を行う。演算により基準となる電流を求め、この電流から各充放電ユニットｎ０での電流がどれだけ離れているかを求める。ここでの基準となる電流としては、場合により、単純平均値、最大値、最小値、最大と最小との中間値などを使い分けることが可能である。電流演算部２００としては、ＣＰＵを備えた情報処理装置を利用できる。

スイッチ制御部３００は、電圧演算部１００で求められた、基準電圧からの各電池列ｎ３の両端電圧の乖離に基づき、抵抗短絡スイッチｎ２のオンオフ状態を変更、制御する信号を生成する。場合により、オンオフスイッチｎ６のオンオフ状態を変更、制御する信号を生成する場合もある。さらに場合によっては、スイッチ制御部３００は、電流演算部２００で求められた、基準となる電流からの各充放電ユニットｎ０での電流の乖離に基づき、抵抗短絡スイッチｎ２のオンオフ状態を変更、制御する信号を生成する。この場合も、オンオフスイッチｎ６のオンオフ状態を変更、制御する信号を生成する場合もある。

なお、電源または負荷４００は、この蓄電装置が電力供給源として機能する場合には負荷であり、直流負荷の場合、またはインバータを備えてその出力側に接続された単相または三相の交流負荷の場合があり得る。また、電源または負荷４００は、この蓄電装置に充電がされる場合には、電源である。電源としては、単相または三相の交流を整流する整流器や、別の蓄電装置を例示できる。

次に、図１に示した蓄電装置の動作を図２に示したフローをも参照してさらに説明する。図２は、図１に示した蓄電装置の動作を示すフロー図である。

この動作では、概略的に、各充放電ユニットｎ０での電池列ｎ３の電圧が他の充放電ユニットでのそれと比較して乖離が大きい場合に各抵抗素子ｎ１を機能させるように抵抗短絡スイッチｎ２を制御する。また、しかるのち、電池列ｎ３の電圧または電流の、他の充放電ユニットのそれからの乖離が一定値内に収まったら各抵抗素子ｎ１を無機能化するように抵抗短絡スイッチｎ２を制御する。これにより、各電池列ｎ３の両端電圧に一定の差が発生している場合には、各充放電ユニットｎ０の相互の接続状態は２つの抵抗素子ｎ１を介したものになり、部分的に発生する大きな電流（横流電流、突入電流）を応分に抑制することができる。これにより、単位２次電池の特性劣化や寿命劣化などを防止することができる。

まず、初期時は、各抵抗短絡スイッチｎ２はすべてオン状態、各オンオフスイッチｎ６はすべてオフ状態である。次に、各電池列ｎ３の電圧を電圧検出部ｎ４によって検出し（ステップ１）、これを電圧演算部１００に送る。次に、検出された各電圧を用いて一定の演算を行う（ステップ２）。例えばここでは最大値と最小値との差を求める（差電圧演算部として機能する。換言すると、「基準電圧」は最大値または最小値であり、最大の「乖離」としてそれらの差が求められる。）。この差があらかじめ定められた一定値以上の場合は、各抵抗短絡スイッチｎ２をすべてオフとすべく制御する信号を、スイッチ制御部３００で生成する（ステップ３）。このような制御信号が生成されている状態はこの蓄電装置における一種の保護状態である。

なお、上記の差があらかじめ定められた一定値以上ではない場合は、各抵抗短絡スイッチｎ２をすべてオンとすべく制御する信号を、スイッチ制御部３００で生成する（ステップ３）。このような制御信号が生成されている状態は通常状態である。以上説明の各抵抗短絡スイッチｎ２がオフまたはオンの状態において、さらに各オンオフスイッチｎ６がすべてオン状態とされて、蓄電装置としての充電または放電の状態がしばらくは維持される。

次に、蓄電装置として充電または放電の状態でかつ各抵抗短絡スイッチｎ２がすべてオフの場合（保護状態）において、各電池列ｎ３の電圧（または電流でもよい）を電圧検出部ｎ４（または電流検出部ｎ５）によって検出し（ステップ４）、これを電圧演算部１００（または電流演算部２００）に送る。そして、検出された各電圧（または各電流）を用いて一定の演算を行う。例えばここでは上記と同様に、最大値と最小値との差を求める。

この差があらかじめ定められた一定値内に収まっている場合は、各抵抗短絡スイッチｎ２をすべてオンに変更すべく制御する信号を、スイッチ制御部３００で生成する（ステップ５）。ここでの一定値は、ステップ３で用いた一定値と必ずしも同じでなくてもよい。スイッチｎ２の状態変更により、通常状態に移行する。なお、差があらかじめ定められた一定値内に収まっていない場合は、各抵抗短絡スイッチｎ２のオフ状態はスイッチ制御部３００によって維持される。

以上の図２を参照する説明では、すべての充放電ユニットｎ０を統一して保護状態し、さらに統一して通常状態に移行させている。これに限らず、「基準電圧」からの「乖離」が一定以上大きい充放電ユニットｎ０でのみこれを保護状態とし、この状態で蓄電装置として充電または放電を行い、しかるのち、「乖離」が一定以内に収まったらその充放電ユニットｎ０を個別に通常状態に移行するように動作させるようにすることも容易に可能である。この場合には、蓄電装置の全体として、より通常状態に近い状態での運用が可能になる。

次に、図１に示した蓄電装置の別の動作を図３に示したフローをも参照してさらに説明する。図３は、図１に示した蓄電装置の別の動作を示すフロー図である。この動作は、各電池列ｎ３が何らかの異常に陥ってしまった場合への対応を含むものである。

この蓄電装置は、各電池列ｎ３での異常を検出することができる（ステップ７）。具体的には、電圧演算部１００（または電流演算部２００）による上記で説明した「基準電圧」（電流演算部２００での場合は基準となる電流）および「乖離」の求値処理を流用し、上記の場合よりさらに大きな「乖離」がある場合を異常とみなしこれを実現できる。すなわちこの場合、電圧演算部１００、電流演算部２００は、それぞれ異常検知部としても機能する。なお、これに限らず、各電池列ｎ３での異常を検知するための別の手段を設けるようにしてもよい。例えば、出力が電気信号として得られる温度計、同じく振動計などの手段およびその出力信号の処理手段である。

この蓄電装置では、上記検出された異常状態に基づき、各オンオフスイッチｎ６（場合によっては各抵抗短絡スイッチｎ２も）の状態を変更、制御する信号を、スイッチ制御部３００で生成する（ステップ８）。より具体的には、以下説明するいくつかの制御方法がある。

まず、ひとつは、各電池列ｎ３のいずれかひとつ以上に異常が検知された場合には、すべてのオンオフスイッチｎ６を統一してオフ状態にする方法である。これによれば、蓄電装置として充電または放電の電流が遮断されるが、より確実な保護状態に移行できる。オンオフスイッチｎ６を統一してオフ状態にしている場合は、抵抗短絡スイッチｎ２のオンオフ状態はいずれでもかまわない。

別の方法として、各電池列ｎ３のいずれかひとつ以上に異常が検知された場合に、各オンオフスイッチｎ６ではこれらを統一してオン状態に維持し、対してすべての抵抗短絡抵抗ｎ２を統一してオフ状態に制御する方法がある。これによれば、蓄電装置として、充電または放電の電流は各充放電ユニットｎ０で抵抗素子ｎ１を介したものになる。よって、蓄電装置としてまったく機能しなくなるわけではなく、保護状態下での機能の運用がされる。

さらに別の方法として、各電池列ｎ３のいずれかひとつ以上に異常が検知された場合に、異常該当する電池列ｎ３を含む充放電ユニットｎ０におけるオンオフスイッチｎ６をオフ状態にする方法がある。他の充放電ユニットｎ０のオンオフスイッチｎ６および抵抗短絡スイッチｎ２はオン状態に保つ。オンオフスイッチｎ６がオフ状態にされた充放電ユニットｎ０では、抵抗短絡スイッチｎ２のオンオフ状態はいずれでもかまわない。この方法によれば、蓄電装置として充電または放電の電流は遮断されず、異常ではない残りの充放電ユニットｎ０によりその機能が保たれることになる。また、オンオフスイッチｎ６がオフにされた充放電ユニットｎ０では、より確実な保護状態への移行がなされる。

また、さらに別の方法として、各電池列ｎ３のいずれかひとつ以上に異常が検知された場合に、異常該当する電池列ｎ３を含む充放電ユニットｎ０におけるオンオフスイッチｎ６はオン状態のままとし、当該充放電ユニットｎ０の抵抗短絡スイッチｎ２をオフ状態に移行、制御する方法がある。なお、異常該当しない電池列ｎ３を含む充放電ユニットｎ０では、オンオフスイッチｎ６、抵抗短絡スイッチｎ２ともにオン状態のままである。この方法によれば、蓄電装置として充電または放電の電流は遮断されないことに加えて、抵抗短絡スイッチｎ２がオフにされた充放電ユニットｎ０では、一定の保護状態への移行がなされる。

以上説明の実施形態によれば、各電池列ｎ３に異常がある場合に蓄電装置を保護状態に移行することができる。もとより、各電池列ｎ３の両端電圧に一定の差が発生している場合には、各充放電ユニットｎ０の相互の接続状態は２つの抵抗素子ｎ１を介したものになるので、部分的に発生する大きな電流（横流電流、突入電流）を応分に抑制することができる。これにより、単位２次電池の特性劣化や寿命劣化などを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る蓄電装置の構成を示す回路・ブロック図。図１に示した蓄電装置の動作を示すフロー図。図１に示した蓄電装置の別の動作を示すフロー図。

符号の説明

１０，２０，Ｎ０…充放電ユニット、１１，２１，Ｎ１…抵抗素子、１２，２２，Ｎ２…抵抗短絡スイッチ、１３，２３，Ｎ３…電池列、１４，２４，Ｎ４…電圧検出部、１５，２５，Ｎ５…電流検出部、１６，２６，Ｎ６…オンオフスイッチ、１００…電圧演算部（異常検知部）、２００…電流検出部（異常検知部）、３００…スイッチ制御部、４００…電源または負荷。

Claims

単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第１の電池列と、該第１の電池列に直列に接続された第１の抵抗素子と、該第１の抵抗素子に並列に接続された第１の抵抗短絡スイッチとを有する第１の充放電ユニットと、
単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第２の電池列と、該第２の電池列に直列に接続された第２の抵抗素子と、該第２の抵抗素子に並列に接続された第２の抵抗短絡スイッチとを有し、前記第１の充放電ユニットに並列に接続された第２の充放電ユニットと、
前記第１の電池列の両端電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記第２の電池列の両端電圧を検出する第２の電圧検出部と、
前記第１の電池列の前記両端電圧と前記第２の電池列の前記両端電圧との差電圧を演算する差電圧演算部と、
前記差電圧に基づき、該差電圧が一定値以上の場合には前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオフ状態とし、前記差電圧が前記一定値以上でない場合には前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオン状態とするように制御を行うスイッチ制御部と
を具備することを特徴とする蓄電装置。
単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第ｎの（ｎは、３から３以上の整数Ｎまでの整数それぞれ。以下同）電池列と、該第ｎの電池列に直列に接続された第ｎの抵抗素子と、該第ｎの抵抗素子に並列に接続された第ｎの抵抗短絡スイッチとを有し、前記第１ないし第ｎ−１の充放電ユニットに並列に接続された第ｎの充放電ユニットと、
前記第ｎの電池列の両端電圧を検出する第ｎの電圧検出部とをさらに具備し、
前記差電圧演算部が、前記第１ないし第ｎの電池列の前記両端電圧のうちの最大の両端電圧と最小の両端電圧との差電圧を第２の差電圧として演算し、
前記スイッチ制御部が、前記第２の差電圧に基づき、該第２の差電圧が一定値以上の場合には前記第１ないし第ｎの抵抗短絡スイッチをオフ状態とし、前記第２の差電圧が前記一定値以上でない場合には前記第１ないし第ｎの抵抗短絡スイッチをオン状態とするように制御を行うこと
を特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
前記スイッチ制御部が、前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオフ状態とする制御をしている状態において、前記差電圧演算部による前記差電圧が第２の一定値内に収まったら、前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオン状態に移行することを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
前記第１の充放電ユニットに流れる電流を第１の充放電電流として検出する第１の電流検出部と、
前記第２の充放電ユニットに流れる電流を第２の充放電電流として検出する第２の電流検出部と、
前記第１の充放電電流と前記第２の充放電電流との差電流を演算する差電流演算部とをさらに具備し、
前記スイッチ制御部が、前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオフ状態とする制御をしている状態において、前記差電流演算部による前記差電流が第２の一定値内に収まったら、前記第１および第２の抵抗短絡スイッチをオン状態に移行することを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第１の電池列と、該第１の電池列に直列に接続された第１のオンオフスイッチと、該第１の電池列および該第１のオンオフスイッチに直列に接続された第１の抵抗素子と、該第１の抵抗素子に並列に接続された第１の抵抗短絡スイッチとを有する第１の充放電ユニットと、
単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第２の電池列と、該第２の電池列に直列に接続された第２のオンオフスイッチと、該第２の電池列および該第２のオンオフスイッチに直列に接続された第２の抵抗素子と、該第２の抵抗素子に並列に接続された第２の抵抗短絡スイッチとを有し、前記第１の充放電ユニットに並列に接続された第２の充放電ユニットと、
単位２次電池がひとつ以上直列に接続された第ｎの（ｎは、３から３以上の整数Ｎまでの整数それぞれ。以下同）電池列と、該第ｎの電池列に直列に接続された第ｎのオンオフスイッチと、該第ｎの電池列および該第ｎのオンオフスイッチに直列に接続された第ｎの抵抗素子と、該第ｎの抵抗素子に並列に接続された第ｎの抵抗短絡スイッチとを有し、前記第１ないし第ｎ−１の充放電ユニットに並列に接続された第ｎの充放電ユニットと、
前記第１の電池列の両端電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記第２の電池列の両端電圧を検出する第２の電圧検出部と、
前記第ｎの電池列の両端電圧を検出する第ｎの電圧検出部と、
前記第１ないし第ｎの電池列の前記両端電圧を用いて演算し演算結果を基準電圧として出力する基準電圧演算部と、
前記基準電圧に基づき、前記第１ないし第ｎの充放電ユニットのうち該基準電圧からの前記両端電圧が一定値以上の充放電ユニットでは、前記抵抗短絡スイッチをオフ状態でかつ前記オンオフスイッチをオン状態とし、前記第１ないし第ｎの充放電ユニットのうち該基準電圧から前記両端電圧が前記一定値以上でない充放電ユニットでは、前記抵抗短絡スイッチをオン状態でかつ前記オンオフスイッチをオン状態とするように制御を行うスイッチ制御部と
を具備することを特徴とする蓄電装置。
前記第１の電池列の異常を検知する第１の異常検知部と、
前記第２の電池列の異常を検知する第２の異常検知部と、
前記第ｎの電池例の異常を検知する第ｎの異常検知部と、
前記第１ないし第ｎの異常検知部の異常検知結果に基づき、前記第１ないし第ｎの電池列のうちに異常該当する電池列がある場合に、前記第１ないし第ｎの充放電ユニットの前記第１ないし第ｎのオンオフスイッチをすべてオフ状態とする制御を行う第２のスイッチ制御部と
をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の蓄電装置。
前記第１の電池列の異常を検知する第１の異常検知部と、
前記第２の電池列の異常を検知する第２の異常検知部と、
前記第ｎの電池例の異常を検知する第ｎの異常検知部と、
前記第１ないし第ｎの異常検知部の異常検知結果に基づき、前記第１ないし第ｎの電池列のうちに異常該当する電池列がある場合に、前記第１ないし第ｎの充放電ユニットの前記第１ないし第ｎの抵抗短絡スイッチをすべてオフ状態としかつ前記第１ないし第ｎのオンオフスイッチをすべてオン状態とする制御を行う第２のスイッチ制御部と
をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の蓄電装置。
前記第１の電池列の異常を検知する第１の異常検知部と、
前記第２の電池列の異常を検知する第２の異常検知部と、
前記第ｎの電池例の異常を検知する第ｎの異常検知部と、
前記第１ないし第ｎの異常検知部の異常検知結果に基づき、前記第１ないし第ｎの電池列のうちの異常該当する電池列を含む前記充放電ユニットにおける前記オンオフスイッチをオフ状態とする制御を行う第２のスイッチ制御部と
をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の蓄電装置。
前記第１の電池列の異常を検知する第１の異常検知部と、
前記第２の電池列の異常を検知する第２の異常検知部と、
前記第ｎの電池例の異常を検知する第ｎの異常検知部と、
前記第１ないし第ｎの異常検知部の異常検知結果に基づき、前記第１ないし第ｎの電池列のうちの異常該当する電池列を含む前記充放電ユニットにおける前記抵抗短絡スイッチをオフ状態としかつ当該電池列を含む前記充放電ユニットにおける前記オンオフスイッチをオン状態とする制御を行う第２のスイッチ制御部と
をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の蓄電装置。