JP2010288419A - 放電制御装置および蓄電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】放電停止後に蓄電池の電圧が自然回復する場合でも、過放電を防止することを可能にする。
【解決手段】放電制御装置１０が、蓄電池１と負荷３との間に介挿され、これをスイッチング手段として、蓄電池１の電圧が第１の電圧以上のとき蓄電池１から負荷３への放電を可能とし、負荷３の電圧が第１の電圧より低い第２の電圧未満のとき蓄電池１から負荷３への放電を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電制御装置および蓄電池システムに関する。

従来、ニッケル水素蓄電池や鉛蓄電池などの蓄電池から負荷へ放電を行う蓄電池システムが知られている（例えば、特許文献１、２または３参照）。かかる蓄電池システムでは、蓄電池の過放電を防止するため、蓄電池の電圧が放電終止電圧に達した場合には、放電を停止させる必要がある。

そのため、通常、蓄電池システムは、蓄電池と負荷との間に設置された過放電防止スイッチと、過放電防止スイッチを制御する制御部とを備える。そして、従来の蓄電池システムでは、制御部が蓄電池の電圧を計測し、計測した電圧が放電終止電圧以下となった場合に、過放電防止スイッチを開放するように制御していた。

特開２００４−１１９１１２号公報 特開２００４−１２０８５６号公報 特開２００４−１２０８５７号公報

しかしながら、上述した従来の蓄電池システムでは、以下で説明するように、放電停止後に蓄電池の電圧が自然回復する場合に、過放電を防止することができないという課題があった。

具体的には、従来の蓄電池システムは、放電終止電圧のみを閾値として放電の停止を制御していた。すなわち、従来の蓄電池システムでは、前述した制御部が、蓄電池の電圧が放電終止電圧以下の場合に過放電防止スイッチを開放し、放電終止電圧を超えた場合に過放電防止スイッチを短絡していた。

しかし、蓄電池は、放電停止後に電圧が自然回復する。そのため、蓄電池の電圧は過放電防止スイッチによって放電が停止された後も上昇する。そして、蓄電池の電圧が再び放電終止電圧を超えると、蓄電池システムの制御部が過放電防止スイッチを短絡する。これにより、過放電防止スイッチの開放と短絡とが繰り返されることになり、過放電を防止することができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放電停止後に蓄電池の電圧が自然回復する場合でも、過放電を防止することが可能な放電制御装置および蓄電池システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る放電制御装置は、蓄電池と負荷との間に介挿されたスイッチング手段を有し、前記蓄電池の電圧が第１の電圧以上のとき前記スイッチング手段を短絡させ、前記負荷の電圧が前記第１の電圧より低い第２の電圧未満のとき前記スイッチング手段を開放させる。

また、本発明に係る蓄電池システムは、蓄電池と負荷との間にスイッチング手段が介挿され、前記蓄電池の電圧が第１の電圧以上のとき前記スイッチング手段が短絡され、前記負荷の電圧が前記第１の電圧より低い第２の電圧未満のとき前記スイッチング手段が開放される。

本発明によれば、放電停止後に蓄電池の電圧が自然回復する場合でも、過放電を防止することが可能になるという効果を奏する。

図１は、本実施例に係る蓄電池システムの構成を示す構成図である。 図２は、本実施例に係る放電制御装置の動作手順を示すフローチャートである。 図３は、マイナスの端子側に各回路素子を接続した場合の放電制御装置の構成を示す構成図である。

以下に、本発明に係る蓄電池システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施例では、鉛蓄電池を有する蓄電池システムに本発明を適用した場合について説明するが、この実施例により本発明が限定されるものではない。

まず、本実施例に係る蓄電池システムの構成について説明する。図１は、本実施例に係る蓄電池システムの構成を示す構成図である。図１に示すように、本実施例に係る蓄電池システムは、蓄電池１、充電器２、負荷３および放電制御装置１０を有する。

蓄電池１は、鉛蓄電池セル（公称電圧２．０Ｖ、公称容量１２Ａｈ）を６セル直列接続して構成されている。この蓄電池１から出力される電力は、放電制御装置１０を介して負荷３へ供給される。なお、本実施例では、蓄電池１の満充電電圧は１３．２Ｖ（２．２Ｖ×６セル）、放電終止電圧は１０．２Ｖ（１．７Ｖ×６セル）であるとする。

充電器２は、直流電力を出力し、蓄電池１を充電するか、または、負荷３へ給電する。この充電器２が停止した場合、蓄電池１から出力される電力は負荷３へ供給される。なお、充電器２は、商用電源等の電源（図示せず）から得られる電力を蓄電池１や負荷３に供給する。また、本実施例では、充電器２は、蓄電池１の満充電電圧に対応して、最大で１３．２Ｖの電圧を出力するものとする。

負荷３は、蓄電池１または充電器２から供給される電力を消費する。

放電制御装置１０は、蓄電池１から負荷３への放電を制御する。

ここで、蓄電池１は、放電により電圧が低下するが、その電圧が放電終止電圧である１０．２Ｖに達した場合には、蓄電池の劣化を防止するため、負荷３への放電を停止する必要がある。しかしながら、放電が停止した後に蓄電池１の電圧は自然回復する。そのため、出力を停止させる電圧と出力を復帰させる電圧とを同じにすることはできない。

そこで、本実施例では、放電制御装置１０が、蓄電池１と負荷３との間に介挿され、これをスイッチング手段として、蓄電池１の電圧が第１の電圧以上のとき蓄電池１から負荷３への放電を可能とし、負荷３の電圧が第１の電圧より低い第２の電圧未満のとき蓄電池１から負荷３への放電を停止する。

これにより、放電停止後に蓄電池の電圧が自然回復した場合でも、その電圧が放電終止電圧より高い所定電圧以上とならない限りは放電が始まらないようになる。したがって、放電停止後に蓄電池の電圧が自然回復する場合でも、過放電を防止することが可能になる。

具体的には、放電制御装置１０は、図１に示すように、蓄電池１から電力を入力するプラス入力端子１１ａおよびマイナス入力端子１１ｂと、負荷３へ電力を出力するプラス出力端子１２ａおよびマイナス出力端子１２ｂとを有する。また、放電制御装置１０は、Ｎ型ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１３ａ、Ｐ型ＦＥＴ１３ｂ、第１のダイオード１４ａ、第２のダイオード１４ｂ、第１の抵抗１５ａおよび第２の抵抗１５ｂを有する。

第１のダイオード１４ａは、アノードがプラス出力端子１２ａに接続され、カソードが第２のダイオード１４ｂのカソードに接続されている。この第１のダイオード１４ａは、順方向電圧降下が１０．２Ｖ（第２の電圧）、すなわち、蓄電池１の放電終止電圧となるように、複数のダイオードを直列あるいは並列に接続して構成されている。つまり、第１のダイオード１４ａは、順方向に１０．２Ｖの電圧が印加されることにより順方向電流が流れるようになっている。

第２のダイオード１４ｂは、アノードがプラス入力端子１１ａに接続され、カソードが第１のダイオード１４ａのカソードに接続されている。この第２のダイオード１４ｂは、順方向電圧降下が１２．０Ｖ（第１の電圧）となるように、複数のダイオードを直列あるいは並列に接続して構成されている。つまり、第２のダイオード１４ｂは、順方向に１２．０Ｖの電圧が印加されることにより順方向電流が流れるようになっている。

Ｎ型ＦＥＴ１３ａは、ゲートが第２のダイオード１４ｂのカソードに接続され、ソースがマイナス入力端子１１ｂおよびマイナス出力端子１２ｂに接続されている。Ｐ型ＦＥＴ１３ｂは、ゲートがＮ型ＦＥＴ１３ａのドレインに接続され、ソースがプラス入力端子１１ａに接続され、ドレインがプラス出力端子１２ａに接続されている。

第１の抵抗１５ａは、一端がＮ型ＦＥＴ１３ａのゲートに接続され、他端がマイナス入力端子１１ｂおよびマイナス出力端子１２ｂに接続されている。第２の抵抗１５ｂは、一端がプラス入力端子１１ａに接続され、他端がＰ型ＦＥＴ１３ｂのゲートに接続されている。

次に、本実施例に係る放電制御装置１０の動作手順について説明する。図２は、本実施例に係る放電制御装置１０の動作手順を示すフローチャートである。

図２に示すように、放電制御装置１０では、すべてのダイオードおよびＦＥＴがオフの状態で、充電器２によって充電が開始されると（ステップＳ０１，Ｙｅｓ）、まず、１２Ｖを超える電圧によって、第２のダイオード１４ｂがオンになる（ステップＳ０２）。

第２のダイオード１４ｂがオンになると、第１の抵抗１５ａの両端に発生する電圧によって、Ｎ型ＦＥＴ１３ａのゲート−ソース間に電圧が印加され、Ｎ型ＦＥＴ１３ａがオンになる。続いて、第２の抵抗１５ｂの両端に発生する電圧によって、Ｐ型ＦＥＴ１３ｂがオンになる。これにより、充電器２の電圧が第１のダイオード１４ａに印加されて、第１のダイオード１４ａがオンになる（ステップＳ０３）。

その後、充電器２による充電が停止すると（ステップＳ０４，Ｙｅｓ）、蓄電池１から負荷３への放電が開始する（ステップＳ０５）。ここで、放電の初期では、蓄電池１の電圧は満充電電圧に近い電圧値すなわち１３Ｖ程度であるので、蓄電池１から負荷３への給電が継続しつつ、蓄電池１の電圧は低下してゆく。

そして、蓄電池１の電圧が１２Ｖを下回ると（ステップｓ０６，Ｙｅｓ）、まず、第２のダイオード１４ｂがオフとなる（ステップＳ０７）。ここで、第１のダイオード１４ａがオンになる電圧は１０．２Ｖなので、第１のダイオード１４ａはオンの状態を維持する。また、第１の抵抗１５ａの両端電圧は健在であるため、Ｎ型ＦＥＴ１３ａおよびＰ型ＦＥＴ１３ｂもそれぞれオンの状態を維持する。その結果、蓄電池１から負荷３への放電が継続される（ステップＳ０８）。

さらに放電が継続して蓄電池１の電圧が低下し、１０．２Ｖを下回ると（ステップＳ０９，Ｙｅｓ）、第１のダイオード１４ａもオフになる（ステップＳ１０）。この時点で、第１のダイオード１４ａおよび第２のダイオード１４ｂがいずれもオフになるので、第１の抵抗１５ａに電流が流れなくなる。したがって、第１の抵抗１５ａの両端電圧がゼロになり、Ｎ型ＦＥＴ１３ａがオフになる。これにより、第２の抵抗１５ｂに電流が流れなくなるので、第２の抵抗１５ｂの両端電圧もゼロになり、Ｐ型ＦＥＴ１３ｂもオフになる。その結果、蓄電池１から負荷３への放電が停止される（ステップＳ１１）。

こうして放電が停止した後に、蓄電池１の電圧が自然回復して１１Ｖに上昇したとしても、Ｐ型ＦＥＴ１３ｂがオフになっているので、第１のダイオード１４ａに電圧が印加されない。すなわち、放電停止後に電圧が自然回復しても放電が再開されない。負荷３への放電を再開するためには、第２のダイオード１４ｂをオンにする必要がある。そのためには、蓄電池１を１２Ｖ以上のものに交換するか、充電器２を起動して１３．２Ｖの電圧を第２のダイオード１４ｂに印加する必要がある。したがって、放電停止後に蓄電池１の電圧が自然回復しても、放電の停止と復帰とが繰り返されることはない。

上述したように、本実施例では、放電制御装置１０が、蓄電池１と負荷３との間に介挿され、これをスイッチング手段として、蓄電池１の電圧が第１の電圧以上のとき蓄電池１から負荷３への放電を可能とし、負荷３の電圧が第１の電圧より低い第２の電圧未満のとき蓄電池１から負荷３への放電を停止する。

すなわち、放電停止後に蓄電池の電圧が自然回復した場合でも、その電圧が放電終止電圧より高い所定電圧以上とならない限りは放電が始まらないようになる。したがって、本実施例によれば、放電停止後に蓄電池の電圧が自然回復する場合でも、過放電を防止することが可能になる。

なお、本実施例では、放電制御装置１０において、プラスの端子側に各回路素子を接続した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。逆に、マイナスの端子側に各回路素子を接続してもよい。図３は、マイナスの端子側に各回路素子を接続した場合の放電制御装置の構成を示す構成図である。

図３に示すように、この場合には、放電制御装置２０は、蓄電池１から電力を入力するプラス入力端子２１ａおよびマイナス入力端子２１ｂと、負荷３へ電力を出力するプラス出力端子２２ａおよびマイナス出力端子２２ｂとを有する。また、放電制御装置２０は、Ｐ型ＦＥＴ２３ａ、Ｎ型ＦＥＴ２３ｂ、第１のダイオード２４ａ、第２のダイオード２４ｂ、第１の抵抗２５ａおよび第２の抵抗２５ｂを有する。

第１のダイオード２４ａは、カソードがマイナス出力端子２２ｂに接続され、アノードが第２のダイオード２４ｂのアノードに接続されている。この第１のダイオード２４ａは、順方向電圧降下が１０．２Ｖ（第２の電圧）、すなわち、蓄電池１の放電終止電圧となるように、複数のダイオードを直列あるいは並列に接続して構成されている。つまり、第１のダイオード２４ａは、順方向に２０．２Ｖの電圧が印加されることにより順方向電流が流れるようになっている。

第２のダイオード２４ｂは、カソードがマイナス入力端子２１ｂに接続され、アノードが第１のダイオード２４ａのアノードに接続されている。この第２のダイオード２４ｂは、順方向電圧降下が１２．０Ｖ（第１の電圧）となるように、複数のダイオードを直列あるいは並列に接続して構成されている。つまり、第２のダイオード２４ｂは、順方向に１２．０Ｖの電圧が印加されることにより順方向電流が流れるようになっている。

Ｐ型ＦＥＴ２３ａは、ゲートが第２のダイオード２４ｂのアノードに接続され、ソースがプラス入力端子２１ａおよびプラス出力端子２２ａに接続されている。Ｎ型ＦＥＴ２３ｂは、ゲートがＰ型ＦＥＴ２３ａのドレインに接続され、ソースがマイナス入力端子２１ｂに接続され、ドレインがマイナス出力端子２２ｂに接続されている。

第１の抵抗２５ａは、一端がＰ型ＦＥＴ２３ａのゲートに接続され、他端がプラス入力端子２１ａおよびプラス出力端子２２ａに接続されている。第２の抵抗２５ｂは、一端がマイナス入力端子２１ｂに接続され、他端がＮ型ＦＥＴ２３ｂのゲートに接続されている。

なお、放電制御装置２０の動作手順は、基本的には図２に示したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。

このように、マイナスの端子側に各回路素子を接続した場合でも、放電制御装置２０が、蓄電池１と負荷３との間に介挿され、これをスイッチング手段として、蓄電池１の電圧が第１の電圧以上のとき蓄電池１から負荷３への放電を可能とし、負荷３の電圧が第１の電圧より低い第２の電圧未満のとき蓄電池１から負荷３への放電を停止する。したがって、プラスの端子側に各回路素子を接続した場合と同様に、放電停止後に蓄電池の電圧が自然回復する場合でも、過放電を防止することができる。

なお、上記実施例では、第１の抵抗１５ａまたは２５ａの両端に発生する電圧によってＮ型ＦＥＴ１３ａまたはＰ型ＦＥＴ２３ａをオンにする場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、第１の抵抗１５ａまたは２５ａに替えてダイオードを用いることも可能である。すなわち、Ｎ型ＦＥＴ１３ａまたはＰ型ＦＥＴ２３ａをオンにするために、ダイオードを用いて、Ｎ型ＦＥＴ１３ａまたはＰ型ＦＥＴ２３ａのゲート−ソース間に電位差が発生するようにすればよい。例えば、実施例１については、図１に示した構成において、アノードがＮ型ＦＥＴ１３ａのゲートに接続されるようにダイオードを設ければよい。また、実施例２については、図３に示した構成において、カソードがＰ型ＦＥＴ２３ａのゲートに接続されるようにダイオードを設ければよい。なお、この場合には、第１のダイオードおよび第２のダイオードがオンになる電圧が上がってしまうので、用いられるダイオードの順方向電圧降下分だけ、第１のダイオードおよび第２のダイオードの順方向電圧を低く設定する。

また、上記実施例では、蓄電池１が鉛蓄電池である場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ニッケル水素蓄電池など、他の種類の蓄電池が用いられる場合にも本発明を同様に適用することが可能である。

１ 蓄電池
２ 充電器
３ 負荷
１０，２０ 放電制御装置
１１ａ，２１ａ プラス入力端子
１１ｂ，２１ｂ マイナス入力端子
１２ａ，２２ａ プラス出力端子
１２ｂ，２２ｂ マイナス出力端子
１３ａ，２３ｂ Ｎ型ＦＥＴ
１３ｂ，２３ａ Ｐ型ＦＥＴ
１４ａ，２４ａ 第１のダイオード
１４ｂ，２４ｂ 第２のダイオード
１５ａ，２５ａ 第１の抵抗
１５ｂ，２５ｂ 第２の抵抗

Claims (6)

1. 蓄電池と負荷との間に介挿されたスイッチング手段を有し、前記蓄電池の電圧が第１の電圧以上のとき前記スイッチング手段を短絡させ、前記負荷の電圧が前記第１の電圧より低い第２の電圧未満のとき前記スイッチング手段を開放させる放電制御装置。
2. 前記蓄電池から電力を入力するプラス入力端子およびマイナス入力端子と、
   前記負荷に電力を出力するプラス出力端子およびマイナス出力端子とを有し、
   前記スイッチング手段として、
   アノードが前記プラス出力端子に接続され、前記第２の電圧が印加されることにより電流を流す第１のダイオードと、
   アノードが前記プラス入力端子に接続され、カソードが前記第１のダイオードのカソードに接続され、前記第１の電圧が印加されることにより電流を流す第２のダイオードと、
   ゲートが前記第２のダイオードのカソードに接続され、ソースが前記マイナス入力端子および前記マイナス出力端子に接続されたＮ型ＦＥＴと、
   ゲートが前記Ｎ型ＦＥＴのドレインに接続され、ソースが前記プラス入力端子に接続され、ドレインが前記プラス出力端子に接続されたＰ型ＦＥＴと、
   一端が前記Ｎ型ＦＥＴのゲートに接続され、他端が前記マイナス入力端子および前記マイナス出力端子に接続された第１の抵抗と、
   一端が前記プラス入力端子に接続され、他端が前記Ｐ型ＦＥＴのゲートに接続された第２の抵抗と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放電制御装置。
3. 前記蓄電池から電力を入力するプラス入力端子およびマイナス入力端子と、
   前記負荷に電力を出力するプラス出力端子およびマイナス出力端子とを有し、
   前記スイッチング手段として、
   カソードが前記マイナス出力端子に接続され、前記第２の電圧が印加されることにより電流を流す第１のダイオードと、
   カソードが前記マイナス入力端子に接続され、アノードが前記第１のダイオードのアノードに接続され、前記第１の電圧が印加されることにより電流を流す第２のダイオードと、
   ゲートが前記第２のダイオードのアノードに接続され、ソースが前記プラス入力端子および前記プラス出力端子に接続されたＰ型ＦＥＴと、
   ゲートが前記Ｐ型ＦＥＴのドレインに接続され、ソースが前記マイナス入力端子に接続され、ドレインが前記マイナス出力端子に接続されたＮ型ＦＥＴと、
   一端が前記Ｐ型ＦＥＴのゲートに接続され、他端が前記プラス入力端子および前記プラス出力端子に接続された第１の抵抗と、
   一端が前記マイナス入力端子に接続され、他端が前記Ｎ型ＦＥＴのゲートに接続された第２の抵抗と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放電制御装置。
4. 蓄電池と負荷との間にスイッチング手段が介挿され、前記蓄電池の電圧が第１の電圧以上のとき前記スイッチング手段が短絡され、前記負荷の電圧が前記第１の電圧より低い第２の電圧未満のとき前記スイッチング手段が開放される蓄電池システム。
5. 前記蓄電池から電力を入力するプラス入力端子およびマイナス入力端子と、
   前記負荷に電力を出力するプラス出力端子およびマイナス出力端子とを有し、
   前記スイッチング手段として、
   アノードが前記プラス出力端子に接続され、前記第２の電圧が印加されることにより電流を流す第１のダイオードと、
   アノードが前記プラス入力端子に接続され、カソードが前記第１のダイオードのカソードに接続され、前記第１の電圧が印加されることにより電流を流す第２のダイオードと、
   ゲートが前記第２のダイオードのカソードに接続され、ソースが前記マイナス入力端子および前記マイナス出力端子に接続されたＮ型ＦＥＴと、
   ゲートが前記Ｎ型ＦＥＴのドレインに接続され、ソースが前記プラス入力端子に接続され、ドレインが前記プラス出力端子に接続されたＰ型ＦＥＴと、
   一端が前記Ｎ型ＦＥＴのゲートに接続され、他端が前記マイナス入力端子および前記マイナス出力端子に接続された第１の抵抗と、
   一端が前記プラス入力端子に接続され、他端が前記Ｐ型ＦＥＴのゲートに接続された第２の抵抗と
   を備えたことを特徴とする請求項４に記載の蓄電池システム。
6. 前記蓄電池から電力を入力するプラス入力端子およびマイナス入力端子と、
   前記負荷に電力を出力するプラス出力端子およびマイナス出力端子とを有し、
   前記スイッチング手段として、
   カソードが前記マイナス出力端子に接続され、前記第２の電圧が印加されることにより電流を流す第１のダイオードと、
   カソードが前記マイナス入力端子に接続され、アノードが前記第１のダイオードのアノードに接続され、前記第１の電圧が印加されることにより電流を流す第２のダイオードと、
   ゲートが前記第２のダイオードのアノードに接続され、ソースが前記プラス入力端子および前記プラス出力端子に接続されたＰ型ＦＥＴと、
   ゲートが前記Ｐ型ＦＥＴのドレインに接続され、ソースが前記マイナス入力端子に接続され、ドレインが前記マイナス出力端子に接続されたＮ型ＦＥＴと、
   一端が前記Ｐ型ＦＥＴのゲートに接続され、他端が前記プラス入力端子および前記プラス出力端子に接続された第１の抵抗と、
   一端が前記マイナス入力端子に接続され、他端が前記Ｎ型ＦＥＴのゲートに接続された第２の抵抗と
   を備えたことを特徴とする請求項４に記載の蓄電池システム。

Images