JP2015100195A - 蓄電池ユニット、過電流制御方法およびプログラム - Google Patents

蓄電池ユニット、過電流制御方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】組電池を電力供給線に並列に接続したシステムにおいて、組電池を電力供給線に接続する場合に発生する過電流を効果的に防止する。
【解決手段】電力供給線に接続可能な複数の蓄電池ユニットであって、複数の蓄電池セルで構成される蓄電池セル群と、電力供給線と蓄電池セル群との間に設けられ、電力供給線と蓄電池セル群との間での電流をコントロールするためのスイッチング手段と、スイッチング手段を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図4

Description

本発明は、過電流による回路破壊を防止する蓄電池ユニット、過電流制御方法およびプログラムに関する。
二次電池の応用分野の一つとして、電力貯蔵システムや電気自動車用の電源システムのような大電力を供給するための電源がある。特に、リチウムイオン二次電池は、他の二次電池に較べてエネルギー密度及び入出力密度が高く、且つサイクル寿命が長いという特徴を生かし、このような分野への応用が期待されている。
大電力を供給するための電源への応用においては、二次電池は、複数のセル(単電池)で構成される組電池(電池モジュールや、モジュール電池などとも呼ばれる)として運用される。こうした大電力を供給する組電池としては、複数のセルを直列に接続してなる直列セル群の並列構成が好適であると考えられる。これは、組電池としての電圧は直列に接続するセルの数により最適化がし易く、組電池としての容量は並列に接続するセル(直列セル群)の数により最適化がし易いためである。
直列セル群の並列構成では、各直列セル群に流れる電流は、必ずしも均等にはならない。例えば、各直列セル群に流れる電流には、セルの性能(劣化挙動を含む)の個体差によって差が生じ得る。製造上、セルの性能の個体差を完全になくすことはできない。また、各セルの周囲温度により、直列セルの各組に流れる電流には差が生じ得る。アプリケーションによっては、セルの配置や日射状況などのセルの周囲環境によるセルの周囲温度の違いが顕在化し得る。組電池が収められる筐体の環境温度を空調などで制御するとしても、システム規模が大きい場合には、セルの環境温度を均一に制御することは難しい。
そのため、直列セル群の並列構成を採用する組電池について、各直列セル群に流れる電流の制御を、システムの信頼性を確保しながら低コストで実現するための技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、複数の蓄電池の間で順次電圧均等化処理を行うときに、大多数の蓄電池の間の電圧均等化処理が済んで、ごく一部の蓄電池がまだ電圧均等化処理が済んでいない状態で、その電圧均等化処理が済んでいない蓄電池の電圧均等化処理を行うときに問題が生じることがある。例えば、既に電圧均等化処理が済んでいる蓄電池と、まだ電圧均等化処理が済んでいない蓄電池との間に電位差があると、電圧均等化処理を行うためにこれらをそのまま接続すると、その電位差のために、蓄電池間で電流が流れる。特に、まだ電圧均等化処理が済んでいない蓄電池の数が少ないと、その少ない数の蓄電池に電流が集中し、予期せぬ過大電流となることがある。
そのため、複数の蓄電池制御単位を並列接続する際の電位差をなくす処理を適切に行うことができる蓄電池集合体制御システムが知られている(例えば、特許文献2参照。)。
さらに、複数の蓄電池が並列配置されるときに上記の方法で電圧均等化を行うと、1つの蓄電池と1つの蓄電池との間で電位差を補償するときと、多数の蓄電池と1つの蓄電池との間で電位差を補償するときとで、充放電電流が異なってくる。その理由は、蓄電池の内部抵抗等のためである。このように、蓄電池の数に関わらず一律に電圧均等化処理を行うと不都合が生じる。例えば、蓄電池を相互接続する閾値電位差を小さく設定すると、全ての蓄電池の電圧が揃うまで長時間を要することになってしまう。また、例えば、蓄電池を相互接続する閾値電位差を大きく設定すると、最後の方に接続される蓄電池に過大な電流が流れるおそれがある。
そのため、電圧均等化が行われる蓄電池の数を考慮して電圧均等化処理を適切に実行することができる蓄電池集合体制御システムが知られている(例えば、特許文献3参照)。
特開2010−29015号公報 特開2012−205410号公報 特開2012−205384号公報
上記のように、組電池を採用する場合には、組電池を構成する各電池間の電流や電圧に留意することが重要であるが、これらの対応を行ったとしても、上記の文献はもとより、今まで、触れられてこなかった問題がある。
具体的には、電力供給線に並列に接続された組電池のうち、少なくとも、1つ以上の組電池をメンテナンス等のために脱着し、再度、電力供給線に接続する場合に、過電流が発生し、回路素子の破壊が生じる場合がある。また、電力供給源がダウンしているときに、組電池を電力供給線に接続した場合に、電力供給線と接地間に存在する浮遊容量に大きな電流が流れ、蓄電池ユニットを構成する回路素子の破壊が生じる場合がある。
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、組電池を電力供給線に並列に接続したシステムにおいて、組電池を電力供給線に接続する場合に発生する過電流を効果的に防止する蓄電池ユニット、過電流制御方法およびプログラムを提供することを目的とする。
本発明者は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
(1)本発明は、電力供給線に接続可能な複数の蓄電池ユニットであって、複数の蓄電池セルで構成される蓄電池セル群と、前記電力供給線と蓄電池セル群との間に設けられ、前記電力供給線と前記蓄電池セル群との間での電流をコントロールするためのスイッチング手段と、前記スイッチング手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする蓄電池ユニットを提案している。
(2)本発明は、(1)の蓄電池ユニットについて、前記電力供給線の電位を検出する第1の検出手段と、前記蓄電池セル群の電位を検出する第2の検出手段と、を備え、前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記制御手段が、前記第1の検出手段と第2の検出手段とから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続することを特徴とする蓄電池ユニットを提案している。
(3)本発明は、(1)の蓄電池ユニットについて、前記電力供給線の電位を検出する第1の検出手段と、前記蓄電池セル群の電位を検出する第2の検出手段と、を備え、前記スイッチング手段が、通常経路と第1の保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い第1の抵抗経路と該第1の保護用抵抗よりも高抵抗の第2の保護用抵抗を設けた第2の抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記制御手段が、前記第1の検出手段と第2の検出手段とから検出された電位差が予め定めた第1の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第2の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続し、前記検出された電位差が前記第1の電位差より小さな予め定めた第2の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第1の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続することを特徴とする蓄電池ユニットを提案している。
(4)本発明は、(1)の蓄電池ユニットについて、前記電力供給線の電位を検出する第1の検出手段と、前記蓄電池セル群の電位を検出する第2の検出手段と、を備え、前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、電力供給源が供給停止の場合に、前記制御手段が、前記第1の検出手段と第2の検出手段とから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続することを特徴とする蓄電池ユニットを提案している。
(5)本発明は、電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法であって、前記蓄電池ユニットを前記電力供給線に接続したときに、前記制御手段が、前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差以下になったときに、前記スイッチング手段を制御して前記通常経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第4のステップと、を備えたことを特徴とする過電流制御方法を提案している。
(6)本発明は、電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法であって、前記蓄電池ユニットを前記電力供給線に接続したときに、前記制御手段が、前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、前記スイッチング手段が、通常経路と第1の保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い第1の抵抗経路と該第1の保護用抵抗よりも高抵抗の第2の保護用抵抗を設けた第2の抵抗経路と通常経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記制御手段が、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた第1の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第2の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、前記検出された電位差が前記第1の電位差より小さな予め定めた第2の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第1の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第4のステップと、を備えたことを特徴とする過電流制御方法を提案している。
(7)本発明は、電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法であって、前記蓄電池ユニットを電力供給源が供給停止の場合に、前記電力供給線に接続したときに、前記制御手段が、前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、を備えたことを特徴とする過電流制御方法を提案している。
(8)本発明は、電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記蓄電池ユニットを前記電力供給線に接続したときに、前記制御手段が、前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差以下になったときに、前記スイッチング手段を制御して前記通常経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第4のステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムを提案している。
(9)本発明は、電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記蓄電池ユニットを前記電力供給線に接続したときに、前記制御手段が、前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、前記スイッチング手段が、通常経路と第1の保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い第1の抵抗経路と該第1の保護用抵抗よりも高抵抗の第2の保護用抵抗を設けた第2の抵抗経路と通常経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記制御手段が、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた第1の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第2の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、前記検出された電位差が前記第1の電位差より小さな予め定めた第2の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第1の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第4のステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムを提案している。
(10)本発明は、電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記蓄電池ユニットを電力供給源が供給停止の場合に、前記電力供給線に接続したときに、前記制御手段が、前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムを提案している。
本発明によれば、過電流による回路素子の破壊を防止しつつ、蓄電池ユニットを電力供給線に任意に接続することができるという効果がある。
本発明の第1の実施形態に係る蓄電池ユニットが用いられる蓄電池システムの構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態に係る蓄電池ユニットの構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態に係る蓄電池ユニット内の制御部の構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態に係る蓄電池ユニットの処理を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る蓄電池ユニットの構成を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る蓄電池ユニット内の制御部の構成を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る蓄電池ユニットの処理を示す図である。 本発明の第3の実施形態に係る蓄電池ユニットが用いられる蓄電池システムの構成を示す図である。 本発明の第3の実施形態に係る蓄電池ユニットの構成を示す図である。 本発明の第3の実施形態に係る蓄電池ユニット内の制御部の構成を示す図である。 本発明の第3の実施形態に係る蓄電池ユニットの処理を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
<第1の実施形態>
図1から図4を用いて、本発明の第1の実施形態について説明する。
<蓄電池システムの構成>
本実施形態に係る蓄電池ユニットが用いられる蓄電池システムは、図1に示すように、電力供給源110と、整流器120と、蓄電池ユニット130A〜130Dと、負荷150(例えば、DC負荷やインバーターなどの電力変換装置など)と、電力供給線とから構成されている。
電力供給源110は、商用電源や太陽光パネル等の自然エネルギーによるものでもよく、負荷150に電力を供給するとともに、蓄電池ユニット130A〜130Dに電力を供給する。整流器120は、負荷150や蓄電池ユニット130A〜130DにDC電力を供給するために、電力供給源110におけるAC電力をDC電力に変換する。
蓄電池ユニット130A〜130Dは、電力供給源110からの電力供給が停止した場合や電力供給量が負荷150において必要とされる電力量に満たない場合に、バックアップ電源として、負荷150に電力を供給する。なお、蓄電池ユニット130A〜130Dの詳細については、後述する。
<蓄電池ユニットの構成>
本実施形態に係る蓄電池ユニット130A〜130Dの各々は、図2に示すように、スイッチング素子131、132と、抵抗経路133と、通常経路134と、制御部135と、蓄電池セル群136とから構成されている。なお、本実施形態は、電力供給線に並列に接続された蓄電池ユニットのうち、少なくとも、1つ以上の蓄電池ユニットをメンテナンス等のために脱着し、再度、電力供給線に接続する場合を想定したものである。
スイッチング素子131、132は、後述する制御部135からの制御信号により、電力供給線と蓄電池セル群136との接続経路を抵抗経路133あるいは通常経路134に切り替える。なお、スイッチング素子131、132としては、例えば、リレー、パワーMOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulator gated Bipolar Transistor)等を使用してもよい。
また、スイッチング素子131、132としてパワーMOSFETが使用される場合は、このパワーMOSFETのゲートに電流制御信号を供給することにより、スイッチング素子131、132に流れる電流値を変化させることも考えられる。つまり、電流制御信号の電圧レベル(すなわち、パワーMOSFETのゲート電圧)適切に制御することによって、電流値を制御することも可能である。
抵抗経路133は、電流制限抵抗を備えた経路であり、抵抗の抵抗値は、電流の制御量に応じて適宜選択可能である。通常経路134は、電流制限抵抗を有しない通常の接続経路である。このように、抵抗経路133は抵抗素子を設けている分、通常経路134に比べて抵抗値が高く、通常経路134より過大電流や過大電圧に対しそれぞれ電流制限や電圧降下を奏するものとなっている。
制御部135は、電力供給線の電位と蓄電池セル群の電位を検出し、電力供給線に接続されたときに、検出された2つの電圧値の電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、スイッチング素子131、132を制御して抵抗経路133を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続する。なお、詳細の構成については、後述する。
蓄電池セル群136は、蓄電池、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であり、これらを複数直列に接続したものである。蓄電池セル群136は、負荷150における必要電力に対応した電圧と電流とを得るために構成されるものであるため、蓄電池セル群136を構成する単位蓄電池の数、単位蓄電池を組み合わせた蓄電池パックの数等は、システムの仕様に応じ適宜なものとできる。
<制御部の構成>
本実施形態に係る制御部135は、図3に示すように、セル群電圧検出部1351と、電力供給線電圧検出部1352と、電位差検出部1353と、比較部1354と、記憶部1355と、スイッチング素子制御部1356とから構成されている。
セル群電圧検出部1351は、蓄電池セル群136と接続されて蓄電池セル群136の電圧値を検出する。電力供給線電圧検出部1352は、電力供給線と接続されて電力供給線の電圧値を検出する。電位差検出部1353は、セル群電圧検出部1351と電力供給線電圧検出部1352とに接続されてセル群電圧検出部1351が検出した電圧値と電力供給線電圧検出部1352が検出した電圧値との電位差を検出する。
比較部1354は、電位差検出部1353と記憶部1355とスイッチング素子制御部1356とに接続されて電位差検出部1353が検出した電位差と記憶部1355に格納されている予め定めた所定の電位差とを比較し、その比較結果信号をスイッチング素子制御部1356に出力する。スイッチング素子制御部1356は、電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、スイッチング素子131にゲート信号を出力して、スイッチング素子131をONさせることにより、抵抗経路133を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続し、電位差が予め定めた所定の電位差以下になったときに、スイッチング素子132にゲート信号を出力して、スイッチング素子132をONさせることにより、通常経路134を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続させる。
<蓄電池ユニットの処理>
図4を用いて、本実施形態に係る蓄電池ユニット130A〜130Dの各々の処理について説明する。
蓄電池ユニットの電源が未投入の状態では、スイッチング素子131、132を全てOFFとしている。
電力供給線と接続される蓄電池ユニットの外部端子(図2におけるスイッチング素子131及びスイッチング素子132それぞれの一端と接続される外部端子A)は図示せぬ抵抗値の大きいプルダウン抵抗を介して端子B(図2における蓄電池セル群136の最下端の蓄電池セルLIB5の負極側)と接続されている。端子Bは基準となる電位(コモン電位)に設定されている。そのため、蓄電池ユニットが電力供給線に接続されていない時にはスイッチング素子の電力供給線側(外部端子A)の電位レベルはコモン電位レベルとなっている。
一方、蓄電池ユニットが電力供給線に接続されている時にはスイッチング素子の電力供給線側(端子A)の電位レベルは電力供給線と同じ電位レベルとなっている。なお、スイッチング素子の蓄電池セル群136側(図2における端子C)の電位レベルは電力供給線への接続状態に関わらず、蓄電池セルの電池電圧の電位レベルになっている。
この電位差を利用し、蓄電池ユニットに電源が投入されると、制御部135により各スイッチング素子の動作チェックを行う。この動作チェックは、例えば、スイッチング素子の両端(外部端子A側と端子C側)の電位差の測定を、スイッチング素子をOFFとした時とONとした時のそれぞれで行う。スイッチング素子がOFFの時とONの時とでスイッチング素子の両端の電位差に変化が生じなければ、スイッチング素子の両端が短絡していたり、スイッチング素子をONにしても導通しない状態であると考えられる。
この場合、制御部135はスイッチング素子に異常があると判断して、異常を通知する警報を発するあるいは、異常処理を行うための信号を生成して、図示せぬ異常処理部にその信号を送る。一方、スイッチング素子がOFFの時とONの時とでスイッチング素子の両端の電位差に変化が生ずればスイッチング素子は正常と判断される。
電源投入時のスイッチング素子の動作チェックが終了すると、先ずスイッチング素子131をONとし、スイッチング素子132はOFFのままとする。これは、安全を考慮してこのような制御としている。
例えば、蓄電池ユニットが電力供給線に未接続の状態においては、蓄電池ユニットにおける外部端子Aに外部から誤って電位を有するものが外部端子Aと電気的に接続されてしまった場合に、不測の過電流が流れることが予想される。あるいは、蓄電池ユニットを電力供給線に接続した直後に電力供給線上に存在する浮遊容量へ不測の充電電流が流れ出ることも予想される。
このような事象での過電流に対して蓄電池ユニットを構成する回路素子の破壊を抑えるためにスイッチング素子のON/OFF状態を上述のように制御している。このため、過電流が生じたとしても抵抗値の高い抵抗経路133を介して受けるようにすることで内部の回路素子等の破壊を防止できる。以上のスイッチング素子の動作チェックで正常と判断された蓄電池ユニットに電力供給線を接続したときの動作について、以下に説明する。
制御部135は、蓄電池ユニットを電力供給線に接続したときに、電力供給線電圧検出部1352により、電力供給線の電位を検出し(ステップS110)、セル群電圧検出部1351により、蓄電池セル群の電位を検出して(ステップS120)、さらに、電位差検出部1353により、セル群電圧検出部1351が検出した電圧値と電力供給線電圧検出部1352が検出した電圧値との電位差を検出する(ステップS130)。
次いで、比較部1354は、電位差検出部1353が検出した電位差と記憶部1355に格納されている予め定めた所定の電位差とを比較し、その比較結果信号をスイッチング素子制御部1356に出力する。
そして、スイッチング素子制御部1356は、電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、スイッチング素子131にゲート信号を出力して、スイッチング素子131をONさせることにより、抵抗経路133を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続し(ステップS140)、電位差が予め定めた所定の電位差以下になったときに、スイッチング素子132にゲート信号を出力して、スイッチング素子132をONさせることにより、通常経路134を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続させる(ステップS150)。
以上、説明したように、本実施形態によれば、電力供給線に並列に接続された蓄電池ユニットのうち、少なくとも、1つ以上の蓄電池ユニットをメンテナンス等のために脱着し、再度、電力供給線に接続する場合においても、過電流による回路素子の破壊を防止しつつ、蓄電池ユニットを電力供給線に任意に接続することができる。
<第2の実施形態>
図5から図7を用いて、本発明の第2の実施形態について説明する。
<蓄電池ユニットの構成>
本実施形態に係る蓄電池ユニットは、図5に示すように、スイッチング素子131、132、137と、第1の抵抗経路133と、通常経路134と、制御部139と、蓄電池セル群136と、第2の抵抗経路138とから構成されている。
なお、本実施形態は、電力供給線に並列に接続された蓄電池ユニット(図1における130A〜130D)のうち、少なくとも、1つ以上の蓄電池ユニットをメンテナンス等のために脱着し、再度、電力供給線に接続する場合を想定したものであり、第1の実施形態と比べて、抵抗値が異なる2つの抵抗経路を備えることにより、過電流を防止するとともに、短時間で、電位差が平衡状態になることを意図したものである。なお、第1の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同様の機能を有することから、その詳細な説明は、省略する。
スイッチング素子137は、後述する制御部135からの制御信号により、電力供給線と蓄電池セル群136との接続経路を第1の抵抗経路133、第2の抵抗経路138あるいは通常経路134に切り替える。
第1の抵抗経路133と第2の抵抗経路138は、異なる電流制限抵抗を備えた経路であり、例えば、第2の抵抗経路138の抵抗値の方が第1の抵抗経路133の抵抗値よりも高く設定されている。
制御部139は、電力供給線の電位と蓄電池セル群の電位を検出し、電力供給線に接続されたときに、検出された2つの電圧値の電位差が予め定めた第1の電位差になるまで、スイッチング素子131、132、137を制御して第2の抵抗経路138を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続し、2つの電圧値の電位差が予め定めた第1の電位差以下になると、検出された2つの電圧値の電位差が予め定めた第2の電位差になるまで、スイッチング素子131、132、137を制御して第1の抵抗経路133を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続する。2つの電圧値の電位差が予め定めた第2の電位差以下になると、スイッチング素子131,132,137を制御して通常経路134を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続する。なお、詳細の構成については、後述する。
<制御部の構成>
本実施形態に係る制御部は、図6に示すように、セル群電圧検出部1351と、電力供給線電圧検出部1352と、電位差検出部1353と、比較部1391と、記憶部1392と、スイッチング素子制御部1393とから構成されている。
比較部1391は、電位差検出部1353が検出した電位差と記憶部1392に格納されている予め定めた第1の電位差とを比較し、その比較結果信号をスイッチング素子制御部1393に出力する。
スイッチング素子制御部1393は、電位差が予め定めた第1の電位差になるまで、スイッチング素子137にゲート信号を出力して、スイッチング素子137をONさせることにより、第2の抵抗経路138を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続する。次に、スイッチング素子制御部1393は、電位差が予め定めた第1の電位差以下になると、スイッチング素子137をOFFし、スイッチング素子131にゲート信号を出力して、スイッチング素子131をONさせることにより、第1の抵抗経路133を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続する。そして、電位差が記憶部1392に格納されている予め定めた第2の電位差以下になったときに、スイッチング素子132にゲート信号を出力して、スイッチング素子132をONさせることにより、通常経路134を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続させる。
<蓄電池ユニットの処理>
図7を用いて、本実施形態に係る蓄電池ユニットの処理について説明する。
蓄電池ユニットが電力供給線に接続されていない初期状態は、先に説明した第1の実施形態と同様に、スイッチング素子137がON、スイッチング素子131,132をOFFとしてもっとも抵抗値の高い第2の抵抗経路138が選択された状態となっている。
制御部139は、蓄電池ユニットを電力供給線に接続したときに、電力供給線電圧検出部1352により、電力供給線の電位を検出し(ステップS210)、セル群電圧検出部1351により、蓄電池セル群136の電位を検出して(ステップS220)、さらに、電位差検出部1353により、セル群電圧検出部1351が検出した電圧値と電力供給線電圧検出部1352が検出した電圧値との電位差を検出する(ステップS230)。
次いで、比較部1391は、電位差検出部1353が検出した電位差と記憶部1392に格納されている予め定めた第1の電位差とを比較し、その比較結果信号をスイッチング素子制御部1393に出力する。
そして、スイッチング素子制御部1393は、電位差が予め定めた第1の電位差になるまで、スイッチング素子137にゲート信号を出力して、スイッチング素子137をONさせることにより、第2の抵抗経路138を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続する(ステップS240)。
次に、スイッチング素子制御部1393は、電位差が予め定めた第1の電位差以下になると、スイッチング素子137をOFFし、スイッチング素子131にゲート信号を出力して、スイッチング素子131をONさせることにより、第1の抵抗経路133を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続する(ステップS250)。そして、電位差が第2の電位差以下になったときに、スイッチング素子132にゲート信号を出力して、スイッチング素子132をONさせることにより、通常経路134を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続させる(ステップS260)。
以上、説明したように、通常経路の他に抵抗値の異なる第1の抵抗経路と第2の抵抗経路を並列に接続した構成としているため、メンテナンス、特に、蓄電池ユニットを交換する時に有効である。例えば、複数の蓄電池ユニットのうちの1つを交換する時に、既に電力供給線に接続されている蓄電池ユニット(既存蓄電池ユニット)は満充電されていて、交換により新たに接続される蓄電池ユニット(新蓄電池ユニット)はほとんど充電されていないことがある。この場合に、新蓄電池ユニットを電力供給線に接続した際に、充電量の違いに基づいて既存蓄電池ユニットと新蓄電池ユニットとの間で過電流が発生することとなる。このため、新蓄電池ユニットを電力供給線に接続した最初の頃は、第2の抵抗経路を介して新蓄電池ユニットと電力供給線とが接続されるものとしている。この後、新蓄電池ユニットは充電されていくが、抵抗値が大きい第2の充電経路のままであると充電に時間がかかることとなる。このため、電力供給線と新蓄電池ユニットとの電位差がある程度小さくなった時点で第2の抵抗経路から第1の抵抗経路に切り替えるようにすることで、充電時間を短くすることができる。よって、本実施形態によれば、電力供給線に並列に接続された蓄電池ユニットのうち、少なくとも、1つ以上の蓄電池ユニットをメンテナンス等のために脱着し、再度、電力供給線に接続する場合においても、過電流による回路素子の破壊を防止しつつ、かつ、短時間で、電位差が平衡状態になるように、蓄電池ユニットを電力供給線に任意に接続することができる。
<第3の実施形態>
図8から図11を用いて、本発明の第3の実施形態について説明する。
<蓄電池システムの構成>
本実施形態に係る蓄電池ユニットが用いられる蓄電池システムは、図8に示すように、電力供給源110と、整流器120と、蓄電池ユニット130A〜130Dと、負荷150と、浮遊容量160と、電力供給線とから構成されている。なお、第1の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同様の機能を有することから、その詳細な説明は、省略する。ここで、浮遊容量160は、負荷150への電流供給が停止している際に、擬似的に存在する容量である。
<蓄電池ユニットの構成>
本実施形態に係る蓄電池ユニットは、図9に示すように、スイッチング素子131、132と、抵抗経路133と、通常経路134と、制御部135と、蓄電池セル群136とから構成されている。なお、本実施形態は、電力供給源110の電力供給が停止している場合に、電力供給線に並列に接続された蓄電池ユニットのうち、メンテナンス等のために脱着した少なくとも、1つ以上の蓄電池ユニットを再度、電力供給線に接続する場合を想定したものである。また、第1の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同様の機能を有することから、その詳細な説明は、省略する。
なお、上記のように、蓄電池ユニットを電力供給線に接続すると、蓄電池ユニットから浮遊容量に対して、過電流が発生する場合がある。そのため、以下に、詳述するように、本実施形態では、このような過電流の発生を防止する制御を行う。
<制御部の構成>
本実施形態に係る制御部は、図10に示すように、セル群電圧検出部1351と、電力供給線電圧検出部1352と、電位差検出部1353と、比較部1394と、記憶部1395と、スイッチング素子制御部1396とから構成されている。
セル群電圧検出部1351は、蓄電池セル群136の電圧値を検出する。電力供給線電圧検出部1352は、電力供給線の電圧値を検出する。電位差検出部1353は、セル群電圧検出部1351が検出した電圧値と電力供給線電圧検出部1352が検出した電圧値との電位差を検出する。なお、制御部135は、電力供給線電圧検出部1352から取得した電圧値により、システムが電力供給源110からの電力供給停止になっている本モードになっていることを検出する。
比較部1394は、電位差検出部1353が検出した電位差と記憶部1395に格納されている予め定めた所定の電位差とを比較し、その比較結果信号をスイッチング素子制御部1396に出力する。スイッチング素子制御部1396は、電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、スイッチング素子131にゲート信号を出力して、スイッチング素子131をONさせることにより、抵抗経路133を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続し、電位差が予め定めた所定の電位差以下になったときに、スイッチング素子132にゲート信号を出力して、スイッチング素子132をONさせることにより、通常経路134を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続させる。
<蓄電池ユニットの処理>
図11を用いて、本実施形態に係る蓄電池ユニットの処理について説明する。
蓄電池ユニットが電力供給線に接続されていない初期状態は、先に説明した第1の実施形態と同様に、スイッチング素子132がON、スイッチング素子131をOFFとして抵抗値の高い抵抗経路133が選択された状態となっている。
制御部135は、蓄電池ユニットを電力供給線に接続したときに、電力供給線電圧検出部1352により、電力供給線の電位を検出し(ステップS310)、セル群電圧検出部1351により、蓄電池セル群136の電位を検出して(ステップS320)、さらに、電位差検出部1353により、セル群電圧検出部1351が検出した電圧値と電力供給線電圧検出部1352が検出した電圧値との電位差を検出する(ステップS330)。
次いで、比較部1394は、電位差検出部1353が検出した電位差と記憶部1395に格納されている予め定めた所定の電位差とを比較し、その比較結果信号をスイッチング素子制御部1396に出力する。
そして、スイッチング素子制御部1396は、電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、スイッチング素子131にゲート信号を出力して、スイッチング素子131をONさせることにより、抵抗経路133を介して、蓄電池セル群136を電力供給線に接続する(ステップS340)。
以上、説明したように、本実施形態によれば、電力供給源110の電力供給が停止している場合に、電力供給線に並列に接続された蓄電池ユニットのうち、メンテナンス等のために脱着した少なくとも、1つ以上の蓄電池ユニットを再度、電力供給線に接続するときでも過電流による回路素子の破壊を防止しつつ、蓄電池ユニットを電力供給線に任意に接続することができる。
なお、蓄電池ユニットの処理をコンピュータシステムが読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムを蓄電池ユニットに読み込ませ、実行することによって本発明の蓄電池ユニットを実現することができる。ここでいうコンピュータシステムとは、OSや周辺装置等のハードウェアを含む。
また、「コンピュータシステム」は、WWW(World Wide Web)システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
110;電力供給源
120;整流器
130A;蓄電池ユニット
130B;蓄電池ユニット
130C;蓄電池ユニット
130D;蓄電池ユニット
131;スイッチング素子
132;スイッチング素子
133;抵抗経路
134;通常経路
135;制御部
136;蓄電池セル群
137;スイッチング素子
138;第2の抵抗経路
139;制御部
150;負荷
1351;セル群電圧検出部
1352;電力供給線電圧検出部
1353;電位差検出部
1354;比較部
1355;記憶部
1356;スイッチング素子制御部
1391;比較部
1392;記憶部
1393;スイッチング素子制御部
1394;比較部
1395;記憶部
1396;スイッチング素子制御部

Claims (10)

  1. 電力供給線に接続可能な複数の蓄電池ユニットであって、
    複数の蓄電池セルで構成される蓄電池セル群と、
    前記電力供給線と蓄電池セル群との間に設けられ、前記電力供給線と前記蓄電池セル群との間での電流をコントロールするためのスイッチング手段と、
    前記スイッチング手段を制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする蓄電池ユニット。
  2. 前記電力供給線の電位を検出する第1の検出手段と、
    前記蓄電池セル群の電位を検出する第2の検出手段と、
    を備え、
    前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記制御手段が、前記第1の検出手段と第2の検出手段とから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続することを特徴とする請求項1に記載の蓄電池ユニット。
  3. 前記電力供給線の電位を検出する第1の検出手段と、
    前記蓄電池セル群の電位を検出する第2の検出手段と、
    を備え、
    前記スイッチング手段が、通常経路と第1の保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い第1の抵抗経路と該第1の保護用抵抗よりも高抵抗の第2の保護用抵抗を設けた第2の抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記制御手段が、前記第1の検出手段と第2の検出手段とから検出された電位差が予め定めた第1の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第2の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続し、前記検出された電位差が前記第1の電位差より小さな予め定めた第2の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第1の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続することを特徴とする請求項1に記載の蓄電池ユニット。
  4. 前記電力供給線の電位を検出する第1の検出手段と、
    前記蓄電池セル群の電位を検出する第2の検出手段と、
    を備え、
    前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、電力供給源が供給停止の場合に、前記制御手段が、前記第1の検出手段と第2の検出手段とから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続することを特徴とする請求項1に記載の蓄電池ユニット。
  5. 電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法であって、
    前記蓄電池ユニットを前記電力供給線に接続したときに、
    前記制御手段が、
    前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、
    前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、
    前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、
    前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差以下になったときに、前記スイッチング手段を制御して前記通常経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第4のステップと、
    を備えたことを特徴とする過電流制御方法。
  6. 電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法であって、
    前記蓄電池ユニットを前記電力供給線に接続したときに、
    前記制御手段が、
    前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、
    前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、
    前記スイッチング手段が、通常経路と第1の保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い第1の抵抗経路と該第1の保護用抵抗よりも高抵抗の第2の保護用抵抗を設けた第2の抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記制御手段が、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた第1の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第2の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、
    前記検出された電位差が前記第1の電位差より小さな予め定めた第2の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第1の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第4のステップと、
    を備えたことを特徴とする過電流制御方法。
  7. 電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法であって、
    前記蓄電池ユニットを電力供給源が供給停止の場合に、前記電力供給線に接続したときに、
    前記制御手段が、
    前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、
    前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、
    前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、
    を備えたことを特徴とする過電流制御方法。
  8. 電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記蓄電池ユニットを前記電力供給線に接続したときに、
    前記制御手段が、
    前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、
    前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、
    前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、
    前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差以下になったときに、前記スイッチング手段を制御して前記通常経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第4のステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  9. 電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記蓄電池ユニットを前記電力供給線に接続したときに、
    前記制御手段が、
    前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、
    前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、
    前記スイッチング手段が、通常経路と第1の保護用抵抗を設けたことで前記通常経路より抵抗値が高い第1の抵抗経路と該第1の保護用抵抗よりも高抵抗の第2の保護用抵抗を設けた第2の抵抗経路とを切り替えるとともに、前記電力供給線に接続されたときに、前記制御手段が、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた第1の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第2の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、
    前記検出された電位差が前記第1の電位差より小さな予め定めた第2の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記第1の抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第4のステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  10. 電力供給線に接続可能であり、複数の蓄電池から構成される蓄電池セル群と、スイッチング手段と、制御手段と、を備えた複数の蓄電池ユニットにおける過電流制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記蓄電池ユニットを電力供給源が供給停止の場合に、前記電力供給線に接続したときに、
    前記制御手段が、
    前記電力供給線の電位を検出する第1のステップと、
    前記蓄電池セル群の電位を検出する第2のステップと、
    前記スイッチング手段が、通常経路と保護用抵抗を設けたことで前記通常経路とより抵抗値が高い抵抗経路とを切り替えるとともに、前記第1のステップと第2のステップとから検出された電位差が予め定めた所定の電位差になるまで、前記スイッチング手段を制御して前記抵抗経路を介して、前記蓄電池セル群を前記電力供給線に接続する第3のステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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