JP2018074612A - 蓄電制御システム及び充放電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電制御システムにおいて、蓄電装置である蓄電ブロックが過放電にならないように的確に充放電制御できるようにすることである。【解決手段】蓄電制御システム１０は、充電器２０、充放電スイッチ部２２、複数の電池モジュール２７を含む蓄電ブロック２６、ＳＯＣ算出部３０と充放電制御部４０を含む制御装置２８を備える。充放電制御部４０は、充電器２０の温度θ1または蓄電ブロック２６の温度θ2または充放電スイッチ部２２の温度θ3のいずれかがそれぞれについて定めた閾値温度範囲以上であるときに充放電を停止し、θ1，θ2，θ3の全てがそれぞれの閾値温度範囲以下であるときに充電を復帰させる。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電制御システム及び充放電制御方法に関する。

電力の変動等に対応するために、大容量の二次電池モジュールである蓄電装置と充放電制御装置とを収納ラック等にまとめて一体化した蓄電制御システムが用いられる。

特許文献１には、二次電池収納ラックとして、外部と電力のやり取りをするための電力線に接続される回路ブロックと、回路ブロックに接続される二次電池モジュールブロックとを内部に収容し、二次電池モジュールブロックから温度信号を受け取ることが述べられている。

特許文献２は、車両に搭載される二次電池モジュールについてではあるが、車両が一時停止したときに、二次電池の電圧が閾値を超えて高電圧のときは電圧監視の必要性が低いので電圧監視部への二次電池からの電力供給を停止することを述べている。ここで、温度監視部は二次電池の温度急変が生じ得るので、二次電池とは別電源から常時電力を供給している。

再公表公報２０１２／０１５０００号 特開２０１３−４８５１２号公報

蓄電装置が過放電にならないように的確に充放電制御できる蓄電制御システム及び充放電制御方法が望まれる。

本発明に係る蓄電制御システムは、外部電源に接続され第１温度検出部を有する充電器と、複数の電池モジュールで構成され第２温度検出部を有する蓄電ブロックと、充電器側から蓄電ブロックへの充電及び、蓄電ブロックから外部出力端子側への放電を切替制御し第３温度検出部を有する充放電スイッチ部と、蓄電ブロックの充電状態指標であるＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部及び、蓄電ブロックの充放電を制御する充放電制御部を含む制御装置と、を備え、充放電制御部は、第１温度検出部の検出値が予め定めた第１閾値温度範囲以上であるか、または、第２温度検出部の検出値が予め定めた第２閾値温度範囲以上であるか、または、第３温度検出部の検出値が予め定めた第３閾値温度範囲以上であるか、のいずれか１つを満たすときに、蓄電ブロックへの充電および蓄電ブロックからの放電を停止し、その後に充電器と外部電源との間の接続が確認され、かつ、第１温度検出部の検出値が第１閾値温度範囲以下であり、さらに、第２温度検出部の検出値が第２閾値温度範囲以下であり、さらに、第３温度検出部の検出値が第３閾値温度範囲以下であるときに、蓄電ブロックへの充電を復帰させる。

また、本発明に係る充放電制御方法は、外部電源から充電器を経て充電され外部出力端子側へ放電する複数の電池モジュールで構成される蓄電ブロックについて充放電スイッチ部を介して充放電制御を行う方法であって、充電器の温度が第１閾値温度範囲以上であるか、または、蓄電ブロックの温度が第２閾値温度範囲以上であるか、または、充放電スイッチ部の温度が第３閾値温度範囲以上であるか、のいずれか１つを満たすときに、蓄電ブロックへの充電および蓄電ブロックからの放電を停止し、その後に充電器と外部電源との間の接続が確認され、かつ、充電器の温度が第１閾値温度範囲以下であり、さらに蓄電ブロックの温度が第２閾値温度範囲以下であり、さらに、充放電スイッチ部の温度が第３閾値温度範囲以下であるときに、蓄電ブロックへの充電を復帰させる。

上記構成の蓄電制御システム及び充放電制御方法によれば、蓄電装置である蓄電ブロックが過放電にならないように的確に充放電制御できる。

本発明に係る実施の形態の蓄電制御システムの構成図である。 本発明に係る実施の形態の蓄電制御システムのブロック図である。 本発明に係る実施の形態の蓄電制御システムの充放電制御方法において充放電停止を行う手順を示すフローチャートである。 図３の次に行われる充電復帰の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態の蓄電制御システムの充放電に関するタイムチャートである。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下で述べる電池モジュールの個数、電圧値等は説明のための例示であって、蓄電制御システムの仕様等に応じ適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、蓄電制御システム１０の正面からの模式図である。蓄電制御システム１０は、車載用の二次電池モジュールと異なり、大容量蓄電装置とその充放電制御回路等をまとめて１つのラック等に収納した据置型の大容量蓄電制御システムである。

蓄電制御システム１０は、収納筐体であるラック１２と、ラック１２に設けられる充電入力端子１４と外部出力端子１６とを備え、ラック１２の内部の収納空間内に、充電器２０と充放電スイッチ部２２と仕様に応じて設けられる出力変換部２４と蓄電ブロック２６と制御装置２８とを含む。

図１には蓄電制御システム１０の構成要素ではないが、外部電源６と外部負荷８を示した。外部電源６は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ等の周波数と１４１Ｖ等の電圧振幅を有する商用交流電源である。外部負荷８は、例えば、家庭または工場施設等における照明器具、空調設備等である。外部負荷８は交流電力で動作するものが多いが、蓄電制御システム１０が内蔵する蓄電ブロック２６の出力は直流電力であるので、ＤＣ／ＡＣ変換器で所望の交流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣ変換器は、外部負荷８の仕様に合わせて、蓄電制御システム１０とは別に外部負荷８側に設けられる。ユーザの要望によっては、蓄電制御システム１０に含ませることもあり、その場合は、出力変換部２４としてＤＣ／ＡＣ変換器が設けられる。以下では、外部負荷８のためのＤＣ／ＡＣ変換器は、外部負荷８側に設けられるものとし、蓄電制御システム１０に含ませない。

蓄電制御システム１０の構成要素の中で質量の大きい重量物は蓄電ブロック２６であるので、重力方向に沿った下方側であるラック１２の底面側に蓄電ブロック２６が配置される。比較的軽量物である充電器２０、充放電スイッチ部２２、制御装置２８は、蓄電ブロック２６よりもラック１２の上方側に配置される。

蓄電制御システム１０の各構成要素の内容およびその間の接続関係等について図２のブロック図を用いて説明する。図２において、電力線を太線で、信号線を細線で示した。なお、図１ではラック１２の内部配置を示すため、制御装置２８を紙面の上方側に記載したが、図２では電力と信号の流れを説明するため、制御装置２８を紙面の下方側に記載する。

充電器２０は、充電入力端子１４から供給される入力交流電力を蓄電ブロック２６の直流電力仕様に合わせて変換する充電用ＡＣ／ＤＣ変換器である。充電器２０の動作は、制御装置２８の制御の下で充電指示を受け、それに対して制御装置２８に応答信号を返し、それに基づいてＡＣ／ＤＣ変換が実行される。

充放電スイッチ部２２は、充電器２０から出力される直流電力を蓄電ブロック２６に充電電力として供給する充電用スイッチング素子と、蓄電ブロック２６に蓄電された直流電力を外部出力端子１６側へ放電電力として出力する放電用スイッチング素子を含む。かかる充電用スイッチング素子と放電用スイッチング素子としては、大電力用半導体素子を用いる。例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）や大電力用電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）を用いることができる。充放電スイッチ部２２の動作は、制御装置２８の制御の下で行われる。

蓄電ブロック２６は、複数の電池モジュール２７を含む。図１、図２では５つの電池モジュール２７が直列接続される。蓄電制御システム１０の仕様によっては並列接続してもよく、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。以下では直接接続とする。図１では、この５つを区別して、電池モジュール２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅと示した。電池モジュール２７ａの負極端子を電池７の正極端子に接続し、電池モジュール２７ｂの負極端子を電池モジュール２７ｂの正極端子に接続し、以下これを繰り返し、電池モジュール２７ａの正極端子と電池モジュール２７ｅの負極端子との間の電圧値が蓄電ブロック２６の総電圧値となる。

各電池モジュール２７は、複数の二次電池を並列接続や直列接続、あるいは直列接続と並列接続を組み合わせて１つのモジュール筐体に収容した大容量蓄電装置である。各電池モジュール２７は互換性のある外形と入出力電力仕様を有するので、仮に１つの電池モジュール２７が劣化等で交換が必要となったときでも、外部から同じ仕様の他の電池モジュール２７で容易に交換可能である。電池モジュール２７を構成する二次電池はリチウムイオン電池である。これに代えて、ニッケル水素電池、アルカリ電池等を用いてもよい。

制御装置２８の説明の前に、その他の要素の内容について述べる。

電圧検出部３２は、各電池モジュール２７の電圧状態を検知する。電圧検出部３２は、個々の電池モジュール２７や、電池モジュール２７を構成する二次電池の端子電圧値を計測する計測回路である電圧計測部３４と、各端子電圧値や蓄電ブロック２６の総電圧値が予め定めた許容範囲に入っているか否かを電圧計測部３４と協働して判断する監視回路である電圧監視部３６とを含む。電圧計測部３４と電圧監視部３６とを用いることで、蓄電ブロック２６に関する電圧関係の安全保護が二重に行われる。電圧計測部３４の計測結果と、電圧監視部３６の判断結果とは、適当な信号線を介して制御装置２８に伝送される。

蓄電ブロック２６に設けられるシャント抵抗３７は、電池モジュール２７ｅの負極端子と図示しない蓄電制御システム１０のシステム接地端子との間に設けられる抵抗素子である。シャント抵抗３７は、５つの直列接続される電池モジュール２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅに流れる蓄電ブロック２６の充放電電流値を検出する。なお、シャント抵抗３７は、電池モジュール２７ｅの負極端子側ではなく電池モジュール２７ａの正極端子側、あるいは電池モジュール間に設けられてもよい。

電流検出部３８は、シャント抵抗３７の両端の電圧値を検出し、蓄電ブロック２６の充放電電流値として、適当な信号線を介して制御装置２８に伝送する。

充電器２０に設けられる第１温度検出部５０は、充電器２０の温度θ₁を検出する充電器温度検出手段である。第１温度検出部５０は、充電器２０の仕様に従って充電器２０の環境温度である吸気温度を検出する。検出された充電器２０の温度θ₁は、適当な信号線を介して制御装置２８に伝送される。かかる第１温度検出部５０としては、適当な感温素子が用いられる。例えば、サーミスタ温度計、熱電対温度計等を用いる。

蓄電ブロック２６に設けられる第２温度検出部５２は、蓄電ブロック２６の温度θ₂を検出する蓄電ブロック温度検出手段である。検出された蓄電ブロック２６の温度θ₂は、適当な信号線を介して制御装置２８に伝送される。蓄電ブロック２６は５つの電池モジュール２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅで構成され、複数の電池モジュールの温度として、例えば、高さ方向に上、下及び中間に配置される３つの電池モジュールの温度をそれぞれ検出する電池モジュール温度検出手段が設けられる。蓄電ブロック２６の温度θ₂は、この複数の電池モジュール２７の温度で構成される。５つの電池モジュール２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅのうち所定の電池モジュールのそれぞれの温度を蓄電ブロック２６の温度θ₂としてそのまま制御装置２８に伝送してもよい。これに代えて、その検出される電池モジュール温度の中で最高の温度を蓄電ブロック２６の温度θ₂として制御装置２８に伝送してもよい。以下では、検出される電池モジュール温度の中で最高の温度を蓄電ブロック２６の温度θ₂として用いる。

なお、各電池モジュール２７は複数の二次電池で構成されるので、モジュール筐体の中の温度は一様でなく温度分布が生じる。この温度分布は、電池モジュール２７の仕様によってほぼ定まるので、温度検出手段は、各電池モジュールの特定の個所に設けられる。かかる電池モジュール温度検出手段としては、第１温度検出部５０と同じ手段を用いる。

充放電スイッチ部２２に設けられる第３温度検出部５４は、充放電スイッチ部２２の温度θ₃を検出する充放電スイッチ部温度検出手段である。第３温度検出部５４は、充放電スイッチ部２２の温度が検出できるように充放電スイッチ部２２を構成するスイッチング素子を設置する回路基板や放熱板に設ける。検出された充放電スイッチ部２２の温度θ₃は、適当な信号線を介して制御装置２８に伝送される。かかる第３温度検出部５４としては、第１温度検出部５０と同じ手段を用いる。

制御装置用ＡＣ／ＤＣ６０と制御装置用ＤＣ／ＤＣ６２は、制御装置２８に所定の直流電圧値を有する電源電力を供給する電力変換器である。制御装置２８の電源として、通常は、制御装置用ＡＣ／ＤＣ６０を介して外部電源６が用いられる。制御装置用ＡＣ／ＤＣ６０は、充電器２０を通さない。これは仮に充電器２０が動作しなくても制御装置２８の動作を確保するためである。外部電源６が停電等によって充電入力端子１４に供給されないときは、制御装置２８の電源として、制御装置用ＤＣ／ＤＣ６２を介して蓄電ブロック２６が用いられる。

制御装置２８は、ＳＯＣ算出部３０と、充放電制御部４０とを含む。かかる制御装置２８は、適当なコンピュータまたはマイクロプロセッサを搭載した制御回路等で構成される。

ＳＯＣ算出部３０は、蓄電ブロック温度検出手段による蓄電ブロック２６の温度θ₂、電圧検出部３２を構成する電圧計測部３４により計測される電圧、電流検出部３８のデータとに基づいて、蓄電ブロック２６の充電状態指標であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出する算出手段である。

充放電制御部４０は、蓄電ブロック２６の電力備蓄状態を高い状態に維持するための充放電制御を行う。充放電制御部４０は、外部負荷８が要求する出力電力量と蓄電ブロック２６のＳＯＣとに基づいて充電と放電を制御するが、特に、充電を行う際の充電経路において充電不可が生じたときの充放電を適切に制御する。なお、充放電制御部４０は、手動による入力操作によっても充放電制御を行うことができる。

充電経路における充電不可となる状況は大別して３つ考えられる。１つ目は外部電源６が停電して、充電入力端子１４に交流電力が供給されないときである。このときは、停電の復帰を待つことになるが、充放電制御部４０としては、停電の復帰までの間、蓄電ブロック２６の放電を最小限に抑制する制御を行う。なお、外部電源６の停電は、蓄電制御システム１０に適当な停電検出装置を設けることで制御装置２８が認識できる。２つ目は、充電に関わる部品の故障である。このときは故障した部品を交換することになるが、充放電制御部４０としては、充電系の故障が直されるまでの間、蓄電ブロック２６の放電を最小限に抑制する制御を行う。なお、充電系の故障は、充放電制御部４０から充電器２０に充電指示を出力したが充電器２０からその指示に対する応答がないことを検出する等で、制御装置２８が認識できる。

３つ目は、充電経路における発熱素子の温度が許容範囲を超えて充電を行えない状態となったときである。充電経路における発熱素子としては、充電器２０を構成するＡＣ／ＤＣ変換器、充放電スイッチ部２２の大電力半導体素子、蓄電ブロック２６の各電池モジュール２７がある。このときは、充放電を停止することでこれらの素子の発熱を止めてその温度を許容範囲に戻し、許容範囲に戻り次第充電を復帰させる。この３つ目については、充放電制御部４０の制御で実現できる。以下では、この３つ目の制御について述べる。

充放電制御部４０は、ＳＯＣと、温度θ₁，θ₂，θ₃に基づいて、蓄電ブロック２６の放電制限を含む充放電停止を行う充放電停止処理４２の機能と、充放電停止機能を実行した後に充電を再開させる充電復帰処理４４の機能とを有する。これらの機能は、制御装置２８がソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、充放電制御プログラムを制御装置２８が実行することで実現できる。上記機能の一部をハードウェアで実行するものとしてもよい。

かかる構成の作用、特に制御装置２８の充放電制御部４０の各機能について、図３から図５を用いてさらに詳細に説明する。図３は、充放電停止を行う手順を示すフローチャートであり、図４は、図３の次に行われる充電復帰の手順を示すフローチャートである。図５は、充放電停止と充電復帰に関する各要素の状態変化を示すタイムチャートである。

蓄電制御システム１０が起動すると、制御装置２８において充放電プログラムが立ち上がる。適当な制御周期で、ＳＯＣ算出部３０が算出したＳＯＣと、予め定められた下限値である放電可能下限ＳＯＣ_Lとの比較が行われる（Ｓ１０）。放電可能下限ＳＯＣ_Lは、蓄電ブロック２６がこれ以上放電を継続すると劣化等を生じる放電下限ＳＯＣよりもやや高く、予め定めた放電制限の範囲であれば、放電が可能である値に設定される。予め定めた放電制限の範囲には、放電電流値に関する制限を含む。

Ｓ１０において、現在のＳＯＣが放電可能下限ＳＯＣ_L以下となると、次に、放電制限が行われる（Ｓ１２）。この放電制限は、外部負荷８に対して電力を出力するのを停止する処理である。これによって、制御に関わる内部回路への出力を許可した状態で蓄電ブロック２６の放電を最小限に止め、電力備蓄状態の低下を緩やかにできる。放電制限処理においては、後述する充放電停止処理と異なり、充電は停止されない。

Ｓ１０における判断、および必要に応じたＳ１２における放電制限処理の後、充電経路において異常がないかを確認する。具体的には、充電器２０の温度θ₁と蓄電ブロック２６の温度θ₂と充放電スイッチ部２２の温度θ₃とに異常がないかを確認する。まずθ₁，θ₂，θ₃を取得する（Ｓ１４）。この処理手順は、通信線を介して第１温度検出部５０、第２温度検出部５２、第３温度検出部５４の検出値を充放電制御部４０が取得することで実行される。

次に、θ₁，θ₂，θ₃のいずれかがそれぞれについて予め定めた閾値範囲未満であるか否かが判断され（Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０）、θ₁，θ₂，θ₃のいずれについても肯定されると、最初のＳ１０に戻り、次の制御周期以後に、上記の手順が繰り返される。θ₁，θ₂，θ₃のいずれか１つについて否定されると、θ₁，θ₂，θ₃のいずれか１つが閾値範囲以上であるので、蓄電ブロック２６の放電を停止し、かつ充電も停止する（Ｓ２２）。なお、Ｓ１０が肯定されて放電制限が行われていると、追加的に充電も停止して充放電停止処理となる。Ｓ２２に至るＳ１６，Ｓ１８，Ｓ２０の判断は、「ＯＲ」判断である。この処理手順は、充放電制御部４０の充放電停止処理４２に対応する。これにより、蓄電ブロック２６のＳＯＣがさらに低下することを防止し、充電経路における発熱要素の故障を防止する。

予め定めた閾値範囲は、温度上昇上限値である上限閾値と温度低下下限値である下限閾値の間の範囲である。上限閾値と下限閾値とを設けたのは、判断の基準にヒステリシスを持たせ、判断のチャタリングをなくすためである。予め定めた閾値範囲は、θ₁，θ₂，θ₃のそれぞれに設けられる。一例を挙げると、回路部品である充電器２０の上限閾値θ_1Hを約５０℃、バッテリである蓄電ブロック２６の上限閾値θ_2Hを約４５℃、トランジスタである充放電スイッチ部２２の上限閾値θ_3Hを約７０℃とし、それぞれの下限閾値は上限閾値より約５℃低く設定する。すなわち、充電器２０の閾値範囲は約５０℃〜約４５℃、蓄電ブロック２６の閾値範囲は約４５℃から約４０℃、充放電スイッチ部２２の閾値範囲は約７０℃から約６５℃である。これらの数値は例示であって、各発熱要素の耐熱性、発熱状況等によって適宜変更できる。

Ｓ２２の処理が行われると、蓄電制御システム１０は、最小限の動作を除いて停止状態になる。最小限の動作とは、次の充電復帰処理のために必要な動作である。具体的には、制御装置２８の動作と、ＳＯＣ算出部３０の算出に必要な電圧検出部３２の動作と電流検出部の動作である。制御装置２８は、外部電源６が停電しない限り、制御装置用ＡＣ／ＤＣ６０を介して供給される電力によって動作可能である。仮に、外部電源６が停電したときには、蓄電ブロック２６から制御装置用ＤＣ／ＤＣ６２によって電力が供給される。電圧検出部３２は、蓄電ブロック２６から電力が供給されるが、Ｓ２２の処理が実行されている間は、通常のときの電圧検出周期を予め定めた長い検出周期に変更する。これによって、蓄電ブロック２６から放電される電力を必要最小限とする。Ｓ２２における充放電停止は、この最小限の放電を例外的に許容する。

図４は、Ｓ２２の処理の後に行われる充電復帰のための手順を示すフローチャートである。Ｓ２２の処理の後は、制御周期に従って、θ₁，θ₂，θ₃を取得する（Ｓ２４）。この処理の内容は、Ｓ１４の内容と同じである。次に、θ₁，θ₂，θ₃のいずれもそれぞれについて定めた閾値範囲以下であるか否かが判断される（Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ３０）。予め定めた閾値範囲以下とは、それぞれについて定めた下限閾値以下のことである。充電器２０の温度θ₁の場合、閾値範囲の下限閾値θ_1Lは約４５℃であるので、θ₁が約４５℃以下であるか否かが判断される。同様に、蓄電ブロック２６の温度θ₂の場合、下限閾値θ_2Lが約４０℃であるので、θ₂が約４０℃以下であるか否かが判断される。充放電スイッチ部２２の温度θ₃の場合、下限閾値θ_3Lが約６５℃であるので、θ₃が約６５℃以下であるか否かが判断される。

θ₁，θ₂，θ₃のいずれについても肯定されると、充電復帰が行われ、蓄電ブロック２６に対する充電が再開される（Ｓ３２）。この判断は、「ＡＮＤ」判断である。この処理手順は、充放電制御部４０の充電復帰処理４４に対応する。これにより、蓄電ブロック２６のＳＯＣが上昇し、外部負荷８に対する電力供給が再開可能となる。Ｓ３２の処理が終了すると、次の制御周期以後、最初のＳ１０に戻って上記の手順が繰り返される。

Ｓ２２の充放電停止条件を３つの温度θ₁，θ₂，θ₃についてのＯＲ条件とし、Ｓ３２の充電復帰条件を３つの温度θ₁，θ₂，θ₃についてのＡＮＤ条件としたのは、充放電停止処理と充電復帰処理とを繰り返すチャタリングを確実に防止するためである。

図５は、充放電停止と充電復帰の手順に対応するタイムチャートである。横軸には時間を取り、縦軸には、紙面の最上段から最下段に向かって、ＳＯＣ、θ₁、θ₂、θ₃、放電制御信号、充電制御信号を取った。ＳＯＣには放電可能下限ＳＯＣ_Lと充電可能上限ＳＯＣ_H、および放電再開閾値ＳＯＣ_Rを示し、θ₁には閾値範囲であるθ_1H，θ_1Lを示し、θ₂には閾値範囲であるθ_2H，θ_2Lを示し、θ₃には閾値範囲であるθ_3H，θ_3Lを示した。放電制御信号はハイレベル（Ｈ）が放電指示状態で、ローレベル（Ｌ）が放電停止状態であり、充電制御信号はハイレベル（Ｈ）が充電指示状態で、ローレベル（Ｌ）が充電停止状態である。

時間ｔ₁までは外部負荷８の要求電力の内容に合わせて通常通りの充放電制御が行われ、ＳＯＣがＳＯＣ_LとＳＯＣ_Hとの間にある。時間ｔ₁に近づくにつれてＳＯＣが低下し、時間ｔ₁でＳＯＣがＳＯＣ_Lとなる。このときＳ１０の判断が肯定される。この時間ｔ₁においては、θ₁，θ₂，θ₃はいずれもそれぞれの閾値範囲にあるので、Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０の判断が全て肯定され、Ｓ１０の手順に戻る。このとき、放電制御信号は、放電停止を行う指示を出す。充電制御信号は、充電指示状態である。これによって蓄電ブロック２６は制限された放電を継続し、その状況によって適宜充電が行われる。この放電のみ停止され充電が行われている状態が、Ｓ１２の放電制限の状態である。これによって、θ₁，θ₂，θ₃は上昇を続ける。

時間ｔ₂は、蓄電ブロック２６の温度θ₂が充放電によって上昇し、閾値範囲の上限閾値θ_2H以上となったときである。ＳＯＣはＳＯＣ_R以下であり、放電は再開されていない。θ₁，θ₃は閾値範囲内にある。このときＳ１６の判断は肯定されるが、Ｓ１８の判断で否定される。そこでＳ２２によって、充放電停止処理が実行される。すなわち、時間ｔ₂において放電制御信号はローレベル(Ｌ)のままで放電停止が継続され、充電制御信号もローレベル（Ｌ）となって充電が停止される。このように、放電停止のみならず充電停止も行われる状態が、Ｓ２２の充放電停止の状態である。このとき充放電制御部４０の充放電停止処理４２は、充電器２０の充電用ＡＣ／ＤＣの動作を停止させ、充放電スイッチ部２２の充電用スイッチング素子と放電用スイッチング素子をいずれもオフさせる。これにより、ＳＯＣのさらなる低下が防止される。θ₁，θ₂，θ₃はそれまでの履歴によって異なる変化を示すが、全体としては温度が低下傾向となる。

時間ｔ₃は、θ₁が閾値範囲の下限閾値θ_1L以下となったときである。θ₂，θ₃は閾値範囲内にある。このとき、Ｓ２６が肯定されるが、次のＳ２８で否定されそれ以降に進まない。したがって充電復帰処理が行われない。時間ｔ₄は、θ₂も閾値範囲の下限閾値θ_2L以下となったときである。θ₃は閾値範囲内にある。このとき、Ｓ２６が肯定され、Ｓ２８も肯定されるが、次のＳ３０が否定されてそれ以降に進まない。したがって充電復帰処理が行われない。

時間ｔ₅は、θ₃も閾値範囲の下限閾値θ_3L以下となったときである。このとき、Ｓ２６が肯定され、Ｓ２８も肯定され、Ｓ３０も肯定され、充電復帰の「ＡＮＤ」条件が満たされるので、Ｓ３２に進み充電復帰が行われる。充電制御信号はハイレベル（Ｈ）となる。このとき充放電制御部４０の充電復帰処理４４は、充電器２０の充電用ＡＣ／ＤＣの動作を再開させ、充放電スイッチ部２２の充電用スイッチング素子をオンさせる。ＳＯＣはＳＯＣ_R以下であるので、放電制御信号はローレベル（Ｌ）のままで放電は停止状態である。これによってＳＯＣは次第に上昇する。

時間ｔ₆はＳＯＣがＳＯＣ_Rを超えたときである。ここで初めて蓄電ブロック２６は放電可能とされ、充放電スイッチ部２２の充電用スイッチング素子がオンされる。このようにして、充放電停止処理４２と充電復帰処理４４が実行される。

上記構成によって、充放電停止処理と充電復帰処理の間の不必要な往復であるチャタリングを防止しつつ、蓄電装置である蓄電ブロック２６が過放電にならないように的確に充放電制御を行うことができる。

上記では、外部電源として商用交流電源を用い、充電器としてはＡＣ／ＤＣ変換器を用いるものとしたが、外部電源として適当な直流電源を用いてもよく、その場合には充電器は、ＤＣ／ＤＣ変換器となる。

６ 外部電源、８ 外部負荷、１０ 蓄電制御システム、１２ ラック、１４ 充電入力端子、１６ 外部出力端子、２０ 充電器、２２ 充放電スイッチ部、２４ 出力変換部、２６ 蓄電ブロック、２７，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ 電池モジュール、２８ 制御装置、３０ ＳＯＣ算出部、３２ 電圧検出部、３４ 電圧計測部、３６ 電圧監視部、３７ シャント抵抗、３８ 電流検出部、４０ 充放電制御部、
４２ 充放電停止処理、４４ 充電復帰処理、５０ 第１温度検出部、５２ 第２温度検出部、５４ 第３温度検出部、６０ 制御装置用ＡＣ／ＤＣ、６２ 制御装置用ＤＣ／ＤＣ。

Claims (6)

1. 外部電源に接続され第１温度検出部を有する充電器と、
   複数の電池モジュールで構成され第２温度検出部を有する蓄電ブロックと、
   前記充電器側から蓄電ブロックへの充電及び、前記蓄電ブロックから外部出力端子側への放電を切替制御し第３温度検出部を有する充放電スイッチ部と、
   前記蓄電ブロックの充電状態指標であるＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部及び、前記蓄電ブロックの充放電を制御する充放電制御部を含む制御装置と、
   を備え、
   前記充放電制御部は、
   前記第１温度検出部の検出値が予め定めた第１閾値温度範囲以上であるか、または、
   前記第２温度検出部の検出値が予め定めた第２閾値温度範囲以上であるか、または、
   前記第３温度検出部の検出値が予め定めた第３閾値温度範囲以上であるか、のいずれか１つを満たすときに、前記蓄電ブロックへの充電および前記蓄電ブロックからの放電を停止し、
   その後に前記充電器と前記外部電源との間の接続が確認され、
   かつ、
   前記第１温度検出部の検出値が前記第１閾値温度範囲以下であり、さらに、
   前記第２温度検出部の検出値が前記第２閾値温度範囲以下であり、さらに、
   前記第３温度検出部の検出値が前記第３閾値温度範囲以下であるときに、前記蓄電ブロックへの充電を復帰させる、蓄電制御システム。
2. 前記制御装置は、前記外部電源から前記充電器を通さずに電力が供給され、前記外部電源からの電力供給が停止したときは前記蓄電ブロックから電力が供給される、請求項１に記載の蓄電制御システム。
3. 前記ＳＯＣ算出部は、
   前記蓄電ブロックの電圧状態を検出する電圧検出部の検出値と、
   前記蓄電ブロックへの入力電流と前記蓄電ブロックからの出力電流を検出する電流検出部の検出値とに基づいて前記ＳＯＣを算出する、請求項１に記載の蓄電制御システム。
4. 前記電圧検出部は、
   前記蓄電ブロックを構成する前記各電池モジュールに関する電圧を検出する電圧計測部と、
   前記蓄電ブロックを構成する前記各モジュールの電圧値が予め定めた上下限値の範囲にあるか否かを監視する電圧監視部と、を有する、請求項３に記載の蓄電制御システム。
5. 前記電圧検出部は、前記蓄電ブロックからの前記放電が前記停止されないときは前記蓄電ブロックから電力が供給され、
   前記蓄電ブロックへの前記充電および前記蓄電ブロックからの前記放電が停止されるときには、検出周期を予め定めた長い検出周期に変更して前記蓄電ブロックからの電力供給を継続する、請求項３または４に記載の蓄電制御システム。
6. 外部電源から充電器を経て充電され外部出力端子側へ放電する複数の電池モジュールで構成される蓄電ブロックについて充放電スイッチ部を介して充放電制御を行う方法であって、
   前記充電器の温度が第１閾値温度範囲以上であるか、または、前記蓄電ブロックの温度が第２閾値温度範囲以上であるか、または、前記充放電スイッチ部の温度が第３閾値温度範囲以上であるか、のいずれか１つを満たすときに、前記蓄電ブロックへの充電および前記蓄電ブロックからの放電を停止し、その後に前記充電器と前記外部電源との間の接続が確認され、かつ前記充電器の温度が前記第１閾値温度範囲以下であり、さらに、前記蓄電ブロックの温度が前記第２閾値温度範囲以下であり、さらに、前記充放電スイッチ部の温度が前記第３閾値温度範囲以下であるときに、前記蓄電ブロックへの充電を復帰させる、充放電制御方法。

Images