JP2010141970A - 電圧均等化装置、方法、プログラム、及び電力貯蔵システム - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続された列電池間の充電状態を均等化すること。
【解決手段】複数の二次電池が接続される列電池２０と、該列電池２０に対応して設けられた電力変換器３０と、該電力変換器３０を制御する制御部４０とを備え、各該電力変換器３０を介して前記列電池２０が並列に接続される電力貯蔵装置３００の電圧均等化装置２００であって、各列電池２０の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを列電池２０毎に判定する判定部と、判定部によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、オフセット指令を列電池２０に対応する電力変換器３０の制御部４０に出力する電圧調整部とを備える電圧均等化装置２００を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧均等化装置、方法、プログラム、及び電力貯蔵システムに関するものである。

従来、図６のように、鉛蓄電池を大容量にする場合、単電池もしくは単電池を直列接続した電池よりなる列電池（列電池は直列のみでなく並列部を有していても良い）を並列接続していた。例えば、自動車用の鉛蓄電池等は一般に１０ミリオーム程度の比較的大きい抵抗値を持っており、製造のばらつきに起因するインピーダンスや接触抵抗による僅かな電圧差があっても、この抵抗値が電圧差を吸収し、各列電池の電流偏りは少なかった。

しかし近年は、従来よりも内部インピーダンスが低いリチウムイオン電池等の効率の良い二次電池が出現しており、この場合、電池を直接並列接続すると製造のばらつきに起因したインピーダンスや接触抵抗の僅かな違いによって、列電池の一方に過大電流が流れる可能性がある。そこで、近年では、図７に示すように、電力変換器を列電池に接続し、この電力変換器によって各列電池に流れる電流を制御することで、過電流が列電池に流れることを防止している。
特開２００３−１１１２８８号公報

しかしながら、図７のように電力変換器を各列電池に対応して設けたとしても、列電池間に電池状態のばらつきが生ずることは回避できず、それぞれの列電池の充電状態等を所定範囲内に抑制して、好適な状態で各列電池を使用することが難しいという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、並列接続された列電池間の充電状態を均等化することのできる電圧均等化装置、方法、プログラム、及び電力貯蔵システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置であって、各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する判定手段と、前記判定手段によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する電圧調整手段とを備えることを特徴とする電圧均等化装置を提供する。

このような構成によれば、複数の列電池が電力変換器を介して並列に接続されてなる電力貯蔵装置において、各列電池の列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かが列電池毎に判定手段によって判定され、この判定手段により電圧調整を行うと判定された場合には、電圧調整手段から電圧調整のオフセット指令が出力され、このオフセット指令に基づいて電力変換器による列電池の充放電制御が実施される。これにより、各列電池に対する電圧を制御することができ、各列電池の電圧差を解消することが可能となる。

上記記載の電圧均等化装置によれば、前記判定手段は、各該列電池情報と所定の閾値とを比較することにより電圧調整を行うか否かを判定することとしてもよい。

このように、各列電池情報と所定の閾値とを比較することにより、簡便な方法で電圧調整を行うか否かを判定することができる。

上記記載の電圧均等化装置は、各前記列電池と並列に接続される複数のバイパスインピーダンス素子と、該バイパスインピーダンス素子と直列に接続されるスイッチング素子と、各列電池の充放電状態に関する列電池情報に基づいて、該スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段とを備えることとしてもよい。

このように、各列電池にバイパスインピーダンス素子が並列に接続されるとともに、該バイパスインピーダンス素子にはスイッチング素子が直列に接続されているので、該スイッチング素子をオン状態にした場合には、バイパスインピーダンス素子と並列に接続されている列電池の電圧を低下させることができる。これにより、バイパスインピーダンス素子をオン状態にした場合は、電圧調整手段から出力されるオフセット指令のみに基づいて電圧を低下させる場合と比較すると、速やかに電圧を低下させることが可能となる。上記バイパスのインピーダンス素子は、例えば、抵抗成分である。

上記記載の電圧均等化装置は、前記列電池を構成する個々のセル単位毎、または、該列電池を複数のグループに分割したセルグループ毎に設けられた複数のバイパスインピーダンス素子と、該バイパスインピーダンス素子と直列に接続されるスイッチング素子と、各列電池の充放電状態に関する列電池情報に基づいて、該スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段とを備えることとしてもよい。

このように、各列電池を構成する個々のセル単位毎、または、該列電池を複数のグループに分割したセルグループ毎にバイパスインピーダンス素子が並列に接続されるとともに、該バイパスインピーダンス素子にはスイッチング素子が直列に接続されているので、該スイッチング素子をオン状態にした場合には、バイパスインピーダンス素子と並列に接続されている列電池の電圧を低下させることができる。これにより、列電池を構成する個々のセル単位毎またはセルグループ毎に設けられるバイパスインピーダンス素子を制御することにより、セル単位またはセルグループ毎で、速やかに電圧を低下させることが可能となる。

本発明は、複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池の各々に対して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置と、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電圧均等化装置とを具備することを特徴とする電力貯蔵システムを提供する。

本発明は、複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置であって、いずれか一の列電池と該一の列電池以外の他の列電池とが、インピーダンス素子を介して並列に接続されていることを特徴とする電圧均等化装置を提供する。

このような構成によれば、複数の列電池がそれぞれ電力変換器を介して並列に接続されてなる電力貯蔵装置において、いずれか一の列電池と該一の列電池以外の他の列電池とがインピーダンス素子を介して並列に接続されている。従って、接続された列電池間で電圧差がある場合には、電圧差がなくなるように並列に接続されたインピーダンス素子に電流が流れる。この結果、各列電池に対する電圧が制御され、各列電池間の電圧差を解消することが可能となる。

上記記載の電圧均等化装置は、隣接する列電池同士がインピーダンス素子を介して並列に接続されているとともに、両端部に位置する２つの前記列電池がインピーダンス素子を介して並列に接続されていることとしてもよい。

上記構成によれば、隣接する列電池同士がインピーダンス素子を介して並列に接続されているとともに、両端部に位置する２つの列電池がインピーダンス素子を介して接続されるので、列電池同士をインピーダンス素子を介して環状に接続させることができる。これにより、いずれか一の列電池と他の列電池とをインピーダンス素子を介して接続する場合よりも、高電圧の列電池から低電圧の列電池に通じる電流のルートを増やすことができ、電圧の均等化の効率を向上させることが可能となる。

上記記載の電圧均等化装置は、複数の前記列電池のうち、隣接しない前記列電池同士をインピーダンス素子を介して並列に接続することとしてもよい。

このように、複数の列電池のうち、隣接しない列電池同士をインピーダンス素子を介して接続するので、高電圧の列電池から低電圧の列電池に通じる電流のルートをより増やすことができ、電圧の均等化の効率を一層向上させることが可能となる。

上記記載の電圧均等化装置は、前記インピーダンス素子に直列に接続されるスイッチング素子と、各前記列電池におけるそれぞれの列電池情報を取得し、列電池情報に基づいて前記スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段とを備えることとしてもよい。

このような構成によれば、各列電池から取得したそれぞれの列電池情報に基づいて前記スイッチング素子をオン状態にすることで、インピーダンス素子を介して該列電池の充放電を行うことが可能となる。これにより、インピーダンス素子を介した列電池の充放電を選択的に行うことが可能となる。

前記記載の電圧均等化装置は、前記スイッチング素子制御手段は、各該列電池情報と所定の閾値とを比較することにより該スイッチング素子のオンオフを制御することとしてもよい。

このように、各列電池情報と所定の閾値とを比較することにより、スイッチング素子のオンオフ制御を行うか否かを判定することで、電圧差の大きい列電池についてのみ選択的に電圧調整を行うことが可能となる。

本発明は、複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化方法であって、各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する過程と、前記判定する過程によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を該列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する過程とを有する電圧均等化方法を提供する。

本発明は、複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置に適用されるプログラムであって、各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する処理と、前記判定する処理によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を該列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する処理とをコンピュータに実行させるための電圧均等化プログラムを提供する。

本発明は、複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化方法であって、いずれか一の列電池と該一の列電池以外の他の列電池とをインピーダンス素子を介して並列に接続する電圧均等化方法を提供する。

本発明によれば、列電池間の充電状態を均等化することができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る電圧均等化装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。ここでは、本発明の一実施形態として本発明の電圧均等化装置を電力貯蔵システムに適用した場合について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態に係る電力貯蔵システム１００の概略構成を示したブロック図である。図１に示すように、電力貯蔵システム１００は、電力貯蔵装置３００及び電圧均等化装置２００を備えており、本実施形態の電圧均等化装置２００は、電力貯蔵装置３００の充放電の大きさを制御することで電圧を均等化する。
また、電力貯蔵システム１００は、電力貯蔵装置３００の信頼性、安全性を高めるために、セルの過充電保護、過放電保護、過電流保護、過昇温保護等を行うそれぞれの保護回路（図示略）を備えている。

電力貯蔵装置３００は、１以上の二次電池が接続される列電池２０、列電池２０にそれぞれ対応して設けられた電力変換器３０、及び電力変換器３０を制御する制御部（制御手段）４０を備えており、各電力変換器３０を介して各列電池２０は並列に接続されるとともに、各列電池２０と電圧均等化装置２００とは相互に通信可能な構成とされている。列電池２０は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケルカドニウム電池、又はニッケル水素電池等から構成される。

上記列電池２０は、基本的には、単電池または単電池が複数直列接続された構成とされている。なお、単電池の接続は直列接続だけでなく並列部分を有していてもよい。
列電池２０は、各列電池２０に対応して設けられた電力変換器３０を介して、それぞれ並列に接続されており、各列電池によって測定された列電池情報は、電圧均等化装置２００（詳細は後述する）に出力される。例えば、測定される列電池情報とは、各列電池の端子間電圧、列電池の充電状態であるＳＯＣ（State of charge：電気容量に対して、充電している電気量を比率で表したもの）の情報等である。

制御部４０は、電圧均等化装置２００により算出されたオフセット指令と、外部から入力される運転指令とに基づいて電圧制御指令を生成し、これを各電力変換器３０に出力する。

電力変換器３０は、制御部４０から与えられた電圧制御指令に基づいて駆動することで、自身に接続された列電池の充放電を行う。

例えば、電力変換器３０は、複数のスイッチング素子（例えば、サイリスタ、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳ ＦＥＴ等）を備えており、このスイッチング素子が制御部４０から与えられた電圧制御指令に基づいて所定のタイミングでスイッチング駆動されることにより、電力貯蔵装置３００の充電時には、電力系統からの交流電力を整流して電力貯蔵装置３００へ供給する整流器として機能し、放電時には電力貯蔵装置３００からの電力を交流変換して負荷系統等へ出力するインバータとして機能する。また、このスイッチングのオンオフのデューティ比を変えることにより、一定期間における出力電力量を増減させることができる。また、上記電力系統とは、一般の商用電源の他、風力発電、燃料電池、ＭＧＴ（μガスタービン）、太陽光発電、発電所等の分散電源等を含む。

図２は、電圧均等化装置２００の内部構成を示すブロック図である。電圧均等化装置２００は、判定部（判定手段）２０１及び電圧調整部（電圧調整手段）２０２を備えている。

判定部２０１は、各列電池２０の充放電状態に関する列電池情報を取得し、この列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを列電池毎に判定する。具体的には、判定部２０１は、各列電池の端子間電圧の最大値と所定の閾値とを比較し、該最大値が所定の閾値以上であった場合に、電圧調整を行うと判定する。

電圧調整部２０２は、判定部２０１によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、このオフセット指令を、列電池に対応する電力変換器の制御部４０に出力する。具体的には、電圧調整部２０２は、各列電池２０の列電池情報のうち、端子間電圧が相対的に大きい列電池の電圧を減少させ、端子間電圧が相対的に小さい列電池の電圧を増加させる調整を行うオフセット指令を各列電池に対応する電力変換器の制御部４０に出力する。

例えば、電圧調整部２０２は、列電池情報（例えば、端子間電圧またはＳＯＣ）の最大値をＸｍａｘ、対象となる列電池の情報をＸｉとした場合、Ｘｍａｘ−Ｘｉが所定の閾値ＴＨ５以上である（以下、この条件を「条件１」という。）列電池を特定し、特定した列電池に対応する電力変換器の制御部４０に対して、オフセット指令として電流Ｉｃ（Ｉｃ＞０：充電＋）を設定する。続いて、電圧調整部２０２は、上記条件１を満たす列電池に設定されたオフセット指令の合計電流ＳＵＭＩｃ（ＳＵＭＩｃ＜０）を計算する。例えば、条件１を満たす列電池がα個検出された場合には、合計電流ＳＵＭＩｃ＝α×Ｉｃ＝αＩｃとなる。続いて、電圧調整部２０２は、このＳＵＭＩｃを条件１を満たさなかった列電池の数で除算することにより、条件１を満たさなかった各列電池のオフセット指令を決定する。例えば、条件１を満たさない列電池がβ個存在していた場合には、上記合計電流ＳＵＭＩｃをβ個で除算することにより、条件１を満たさない列電池のオフセット指令（＝ＳＵＭＩｃ／β）を求める。
これにより、条件１を満たさない列電池から条件１を満たす列電池に対して電流が流れることとなり、各列電池の充電状態が均等化される。

〔変形例１〕
本実施形態における電力貯蔵システムにおいては、電圧調整部２０２において、列電池情報の最大値に基づいて各列電池のオフセット指令を決定したが、この方法に代えて、例えば、列電池情報の最小値に基づいて各列電池のオフセット指令を決定することとしてもよい。
具体的には、列電池情報（例えば、端子間電圧またはＳＯＣ）の最小値をＸｍｉｎ、対象となる列電池の情報をＸｉとする場合、Ｘｉ−Ｘｍｉｎが所定の閾値ＴＨ６以上である列電池（以下、この条件を「条件２」という。）を特定し、特定した列電池に対応する電力変換器の制御部４０に対して、オフセット指令として電流Ｉｃ（Ｉｃ＞０：充電＋）を設定する。続いて、電圧調整部２０２は、上記条件２を満たす列電池に設定されたオフセット指令の合計電流ＳＵＭＩｃ（ＳＵＭＩｃ＞０）を計算する。例えば、条件２を満たす列電池がα個検出された場合には、合計電流ＳＵＭＩｃ＝α×Ｉｃ＝αＩｃとなる。続いて、電圧調整部２０２は、このＳＵＭＩｃを条件２を満たさなかった列電池の数で除算することにより、条件２を満たさなかった各列電池のオフセット指令を決定する。例えば、条件２を満たさない列電池がβ個存在していた場合には、上記合計電流ＳＵＭＩｃをβ個で除算することにより、条件２を満たさない列電池のオフセット指令（＝ＳＵＭＩｃ／β）を求める。
これにより、条件２を満たす列電池から条件２を満たさない列電池に対して電流が流れることとなり、各列電池の充電状態が均等化される。

〔変形例２〕
本実施形態における電力貯蔵システムにおいては、電圧調整部２０２において、列電池情報の最大値に基づいてオフセット指令を決定していたが、例えば、以下のようにして各列電池のオフセット指令を決定することとしてもよい。例えば、列電池情報（例えば、端子間電圧またはＳＯＣ）の平均値をＸａｖｒ、対象となる列電池の情報をＸｉとした場合、各列電池の列電池情報に応じたオフセット指令（充電）を設定する。Ｉｃ＝−Ｈ（Ｘｉ−Ｘａｖｒ）。
この場合には、平均値よりも列電池情報が大きい列電池についてはその列電池情報の大小に応じた電流値で放電が行われ、平均値よりも列電池情報が小さい列電池についてはその列電池情報の大小に応じた電流値で充電が行われることとなる。

なお、本実施形態に係る電圧均等化装置において、判定部２０１が、列電池情報の最大値と、所定の閾値とを比較することにより、均等化制御を行うか否かを判定していたが、これに限られない。例えば、各列電池情報の最小値が所定の閾値と比較されることとしてもよいし、平均値が所定の閾値と比較されることとしてもよい。また、各列電池情報の最大値と平均値との差分、平均と最小値との差分、及び最大値と最小値との差分など、差分情報が所定の閾値と比較されることとしてもよい。
より具体的には、判定部２０１は、上述の列電池の端子間電圧の最大値Ｘｍａｘが所定の閾値ＴＨ１以上であるか否か（Ｘｍａｘ≧ＴＨ１）、列電池の端子間電圧の最小値Ｘｍｉｎが所定の閾値ＴＨ２以下であるか否か（Ｘｍｉｎ≦ＴＨ２）、列電池の端子間電圧の最大値Ｘｍａｘと最小値Ｘｍｉｎとの差分が閾値ＴＨ３以上であるか否か（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ≧ＴＨ３）、又は、列電池の端子間電圧の最大値Ｘｍａｘからその平均値Ｘａｖｒを減算した値及び列電池の端子間電圧の平均値Ｘａｖｒから最小値Ｘｍｉｎを減算した値のうち、いずれか大きい方の値が所定の閾値以上であるか否か（ＭＡＸ（Ｘｍａｘ−Ｘａｖｒ，Ｘａｖｒ−Ｘｍｉｎ）≧ＴＨ４）に応じて、電圧調整を行うか否かを判定することとしてもよい。

電圧調整部２０２は、各列電池から取得した列電池情報に基づいて、各列電池の電圧を均等化するために必要なオフセット指令を決定すると、このオフセット指令をそれぞれ対応する制御部４０に出力する。

次に、本実施形態に係る電力貯蔵システム１００の動作について図３を用いて説明する。まず、各列電池２０によって、それぞれの列電池情報が算出され、電圧均等化装置２００に出力される（図３のステップＳＡ１）。電圧均等化装置２００の判定部２０１において、取得した各列電池情報は所定の閾値と比較され、電圧調整を行うか否かが判定されるとともに、その判定結果が電圧調整部２０２に出力される（ステップＳＡ２）。
電圧調整部２０２では、判定部２０１において電圧調整を行うと判定された場合に、各列電池の列電池情報に基づいたオフセット指令が列電池毎に決定され、決定されたオフセット指令がそれぞれの列電池に対応する電力変換器の制御部に送信される（ステップＳＡ３）。制御部４０では、取得したオフセット指令と、通常の運転指令とを混合した電圧制御指令とが生成され、この電圧制御指令が電力変換器３０に出力される。電力変換器３０では、制御部４０から取得した電圧制御指令に基づいて列電池の充放電が制御される。

なお、上述した実施形態では、電圧均等化装置としてハードウェアによる処理を前提としていたが、このような構成に限定される必要はない。例えば、別途ソフトウェア（電圧均等化プログラム）にて処理する構成も可能である。この場合、電圧均等化装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、ＣＰＵが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述の故障診断装置と同様の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態の電圧均等化装置によれば、各列電池２０がそれぞれ列電池情報を算出し、電圧均等化装置２００を構成する判定部２０１によって列電池情報と所定の閾値とを比較する。そして、この比較結果に応じて、電圧調整部２０２がオフセット指令を生成し、このオフセット指令に基づいて電力変換器３０による列電池２０の充放電制御が実施される。これにより、各列電池に対する電圧を制御することができ、各列電池の電圧差を解消する効果が得られる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態の電圧均等化装置が第１の実施形態と異なる点は、各列電池２０に対し、それぞれ並列にバイパスインピーダンス素子１０を設けるとともに、このバイパスインピーダンス素子１０と直列にスイッチング素子１１を設け、電圧均等化装置２００の代わりに電圧均等化装置２００´を設ける点である。以下、本実施形態の電圧均等化装置について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

バイパスインピーダンス素子１０は、各列電池２０と並列に接続されており、更に、バイパスインピーダンス素子１０には、スイッチング素子１１（詳細は後述する）が直列に接続されている。ここで、バイパスインピーダンス素子は、例えば、抵抗成分である。
スイッチング素子１１の開閉は、電圧均等化装置２００´により制御される。電圧均等化装置２００´は、例えば、ある列電池２０が急速に電圧を降下させる必要がある場合に、その列電池２０と並列に接続されるスイッチング素子１１をオン状態とすることで、オン状態にしたスイッチング素子と直列に接続されたバイパスインピーダンス素子に電流を流す。これにより、列電池２０の放電を加速させることができる。

電圧均等化装置２００´は、判定部２０１と電圧調整部２０２´とを備えている。
電圧調整部２０２´は、例えば、列電池情報の最大値Ｘｍａｘ、対象となる列電池の列電池情報をＸｉとした場合に、Ｘｍａｘ−Ｘｉが所定の閾値以上である列電池に対しては、並列に接続されるスイッチング素子１１に対してオン状態にする指令を送信する。

また、上記方法に限定されず、例えば、電圧均等化装置２００´は、列電池情報の最小値をＸｍｉｎ、対象となる列電池の列電池情報をＸｉとした場合に、Ｘｉ−Ｘｍｉｎが所定の閾値以上である場合には、該当するスイッチング素子１１をオン状態とすることとしてもよい。また、列電池の平均をＸａｖｒとした場合に、Ｘｉ−Ｘａｖｒが所定の閾値以上の場合に、該当するスイッチング素子１１をオン状態とすることとしてもよい。

電圧調整部２０２´は、判定部２０１によって大幅な電圧調整を行うと判定された場合に、電圧調整を行う列電池と並列に接続されるスイッチング素子１１をオン状態とする指令を送信する。これにより、電圧調整を行う列電池と並列に接続されている回路の閉路を作り、バイパスインピーダンス１０に電流を流すことができる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電力貯蔵システムにおいて、各列電池にそれぞれバイパスインピーダンス素子が並列に接続するとともに、このバイパスインピーダンス素子と直列にスイッチング素子を設ける。これにより、スイッチング素子をオン状態にした場合には、各列電池を速やかに放電することができる。
また、上述した第１の実施形態では、充放電制御を全て電力変換器を介して行っていたため、列電池の充放電を促進させたい場合であっても、電力変換器の電流範囲や出力要求指令に応じて充放電電流が制約を受けてしまう場合が考えられる。しかしながら、このような場合であっても、各列電池に並列にバイパスインピーダンス素子を設けておくことで、電力変換器による電力調整とバイパスインピーダンス素子による放電とを併用することにより、電力変換器に負担をかけることなく、迅速に理想の電池状態にすることが可能となる。

なお、本実施形態における電力貯蔵システムにおいて、電圧調整部２０２´は、スイッチング素子１１の制御を行うこととしていたが、これに限られない。例えば、各列電池に対して、電圧差が小さく、微小な電圧制御を行う場合には、スイッチング素子１１はオフ状態とし、電力変換器３０に対し制御を行うこととしてもよい。

また、本実施形態における電力貯蔵システムにおいて、図４ではバイパスインピーダンス素子とスイッチング素子とを直列に接続する場合に、バイパスインピーダンス素子が電力変換器のプラス側、スイッチング素子が電力変換器のマイナス側に接続されることとなっていたが、これに限られない。例えば、バイパスインピーダンス素子が電力変換器のマイナス側、スイッチング素子が電力変換器のプラス側に接続されることとしてもよい。

また、本実施形態に係る電圧均等化装置において、図４ではバイパスインピーダンス素子１０及びスイッチング素子１１は、各列電池２０に対してそれぞれ並列に設けることとしていたが、これに限られない。例えば、列電池２０を構成する個々のセル単位毎、または、列電池２０を複数のグループに分割したセルグループ毎に設けられることとしてもよい。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態の電圧均等化装置が第１、第２の実施形態と異なる点は、電圧均等化装置２００の代わりに、電圧均等化装置２００´´が設けられている点である。電圧均等化装置２００´´は、複数の二次電池が接続される列電池２０のうち、いずれか一の列電池２０と該一の列電池２０以外の他の列電池との間にインピーダンス素子１２が並列に設けられる。

電圧均等化装置２００´´のインピーダンス素子１２は、各列電池のうち電圧値の高い列電池がある場合には、電圧値の高い列電池から、電圧地の低い列電池に向かって電流が流れる。
このように、インピーダンス素子１２を介して各列電池間に電流が流れることで、電流が流れたインピーダンス素子１２が接続されている列電池間の電圧差を解消することができる。

〔変形例１〕
本実施形態に係る電圧均等化装置２００´´において、インピーダンス素子１２が、いずれか一の列電池２０と該一の列電池２０以外の他の列電池との間に設けられることとしていたが、これに限られない。例えば、複数の列電池２０のうち、隣接する列電池同士がインピーダンス素子を介して並列に接続されているとともに、両端部に位置する２つの前記列電池がインピーダンス素子を介して並列に接続することとしてもよい。
このように、複数の列電池２０のうち、隣接する列電池同士がインピーダンス素子を介して並列に接続されているとともに、両端部に位置する２つの列電池がインピーダンス素子を介して接続されるので、列電池同士をインピーダンス素子を介して環状に接続させることができる。これにより、いずれか一の列電池と他の列電池とをインピーダンス素子を介して接続する場合よりも、高電圧の列電池から低電圧の列電池に通じる電流のルートを増やすことができ、電圧の均等化の効率を向上させることが可能となる。

〔変形例２〕
本実施形態に係る電圧均等化装置２００´´において、インピーダンス素子１２が、いずれか一の列電池２０と該一の列電池２０以外の他の列電池との間に設けられることとしていたが、これに限られない。例えば、複数の列電池２０のうち、隣接しない前記列電池同士をインピーダンス素子を介して並列に接続することとしてもよい。
このように、複数の列電池のうち、隣接しない列電池同士をインピーダンス素子を介して接続するので、高電圧の列電池から低電圧の列電池に通じる電流のルートをより増やすことができ、電圧の均等化の効率を一層向上させることが可能となる。

〔変形例３〕
本実施形態に係る電圧均等化装置２００´´において、各列電池間において、インピーダンス素子１２を設けることとしていたが、これに限られない。例えば、インピーダンス素子１２と直列にスイッチング素子１３を設けるとともに、このスイッチング素子１３を制御するスイッチング制御部を設けることとしてもよい。
このように、各列電池から取得したそれぞれの列電池情報に基づいて前記スイッチング素子をオン状態にすることで、インピーダンス素子を介して列電池２０の充放電を行うことが可能となる。これにより、インピーダンス素子を介した列電池２０の充放電を選択的に行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る電力貯蔵システムの概略を示したブロック図である。 電圧均等化装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る電力貯蔵システムの動作フローである。 本発明の第２の実施形態に係る電力貯蔵システムの概略を示したブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る電力貯蔵システムの概略を示したブロック図である。 従来の列電池の概略図である。 従来の列電池を電力変換器を用いて接続した概略図である。

符号の説明

１０ バイパスインピーダンス素子
１１ スイッチング素子
２０ 列電池
３０ 電力変換器
４０ 制御部
１００ 電力貯蔵システム
２００ 電圧均等化装置
２０１ 判定部
２０２ 電圧調整部

Claims (13)

1. 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置であって、
   各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する判定手段と、
   前記判定手段によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する電圧調整手段と
   を備えることを特徴とする電圧均等化装置。
2. 前記判定手段は、各該列電池情報と所定の閾値とを比較することにより電圧調整を行うか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の電圧均等化装置。
3. 各前記列電池と並列に接続される複数のバイパスインピーダンス素子と、
   該バイパスインピーダンス素子と直列に接続されるスイッチング素子と、
   各列電池の充放電状態に関する列電池情報に基づいて、該スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段と
   を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電圧均等化装置。
4. 前記列電池を構成する個々のセル単位毎、または、該列電池を複数のグループに分割したセルグループ毎に設けられた複数のバイパスインピーダンス素子と、
   該バイパスインピーダンス素子と直列に接続されるスイッチング素子と、
   各列電池の充放電状態に関する列電池情報に基づいて、該スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段と
   を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電圧均等化装置。
5. 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池の各々に対して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置と、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の電圧均等化装置と
   を具備することを特徴とする電力貯蔵システム。
6. 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置であって、
   いずれか一の列電池と該一の列電池以外の他の列電池とが、インピーダンス素子を介して並列に接続されている
   ことを特徴とする電圧均等化装置。
7. 隣接する列電池同士がインピーダンス素子を介して並列に接続されているとともに、両端部に位置する２つの前記列電池がインピーダンス素子を介して並列に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の電圧均等化装置。
8. 複数の前記列電池のうち、隣接しない前記列電池同士をインピーダンス素子を介して並列に接続することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の電力貯蔵装置の電圧均等化装置。
9. 前記インピーダンス素子に直列に接続されるスイッチング素子と、
   各前記列電池におけるそれぞれの列電池情報を取得し、列電池情報に基づいて前記スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段と
   を備えることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の電圧均等化装置。
10. 前記スイッチング素子制御手段は、各該列電池情報と所定の閾値とを比較することにより該スイッチング素子のオンオフを制御することを特徴とする請求項９に記載の電圧均等化装置。
11. 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化方法であって、
    各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する過程と、
    前記判定する過程によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を該列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する過程と
    を有する電圧均等化方法。
12. 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置に適用されるプログラムであって、
    各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する処理と、
    前記判定する処理によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を該列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する処理と
    をコンピュータに実行させるための電圧均等化プログラム。
13. 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化方法であって、
    いずれか一の列電池と該一の列電池以外の他の列電池とをインピーダンス素子を介して並列に接続する
    電圧均等化方法。
    
    

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