JP2020043653A - 蓄電装置及び充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直列に接続された蓄電ユニット間の容量を均等化しつつ、充電可能な電力容量の減少を抑制すること。【解決手段】蓄電装置１は、直列に接続された第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７と、各ユニット電圧を監視すると共に各蓄電ユニットのそれぞれを制御する制御部１０と、を備え、各蓄電ユニットＢＢＵ１は、充放電端子Ｔ間において直列に接続される蓄電部ＢＡＴ及び充電スイッチＳＷＣと、充放電端子Ｔ間をバイパスするバイパススイッチＳＷＢとを含み、制御部１０は、直列充電する各蓄電ユニットに対して、充電スイッチＳＷＣをＯＮにしつつバイパススイッチＳＷＢをＯＦＦに制御して蓄電部ＢＡＴを定電流で充電する充電モードと、充電スイッチＳＷＣをＯＦＦにしつつバイパススイッチＳＷＢをＯＮに制御して蓄電部ＢＡＴの充電を停止するバイパスモードとを個別に設定することによりユニット電圧を均等化する。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電装置及び充電方法に関する。

無停電電源装置のような蓄電システムは、停電時においても負荷装置に一定期間電力を供給することが可能になるため、例えば災害時のＢＣＰ対策用のバックアップ電源として広く利用されている。一般的に、蓄電システムは、商用電源から負荷装置に交流電力が供給される平時に、その交流電力を分岐して受電し直流電力に変換した上で、充電回路により蓄電池に充電する。そして停電が発生した場合には、蓄電システムは、蓄電池に充電された電力をインバータで交流電力に変換し、当該交流電力を負荷装置へ供給することにより、負荷装置への電力供給を維持する。

上記のような蓄電システムは、複数の蓄電池を含む蓄電ユニットとして構成することにより管理が容易になり、さらに、複数の蓄電ユニットを直列に接続することにより高電圧が必要な負荷装置にも対応することができる。ただし、このような蓄電システムは、充電時において、直列に接続された複数の蓄電ユニットの全体に対して充電電圧を印加することになり、各蓄電ユニットのユニット電圧にばらつきが生じた場合には、過充電を防止する観点から、いずれかのユニット電圧が満充電に達した時点で充電を終了する必要がある。このため、上記のような蓄電システムは、当初の設計容量よりも少ない電力容量しか充放電を行うことができなくなってしまう可能性がある。

複数の蓄電ユニット間におけるユニット電圧のばらつきを抑制するため、特許文献１に記載された従来技術では、直列に接続された複数の蓄電池からなる蓄電池群Ａと、当該蓄電池群Ａよりも低容量である１つの蓄電池Ｂとを直列に接続して電池システムを構成している。これにより、特許文献１の従来技術は、蓄電池群ＡのＳＯＣ(State of Charge)が一定の範囲内で管理されることにより、蓄電池群Ａに含まれる蓄電池がいずれも過充電及び過放電されないようにしている。

特開２０１０−９８４０号公報

しかしながら、上記の従来技術は、複数の蓄電池のＳＯＣを均等化することにより過充電及び過放電の発生を抑制しようとするものであり、そのための構成として、電池システムに含まれる蓄電池に充電することができる電力容量を制限してしまうことになる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直列に接続された複数の蓄電ユニットの充電において、蓄電ユニット間の容量を均等化しつつ、充電可能な電力容量の減少を抑制することができる蓄電装置、及び蓄電装置の充電方法を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、直列に接続された複数の蓄電ユニットと、複数の前記蓄電ユニットのそれぞれのユニット電圧を監視すると共に、複数の前記蓄電ユニットのそれぞれを制御する制御部と、を備え、前記蓄電ユニットは、充放電端子間において直列に接続される蓄電部及び充電スイッチと、前記充放電端子間をバイパスするバイパススイッチとを含み、前記制御部は、直列充電する複数の前記蓄電ユニットに対して、前記充電スイッチをＯＮにしつつ前記バイパススイッチをＯＦＦに制御して前記蓄電部を定電流で充電する充電モードと、前記充電スイッチをＯＦＦにしつつ前記バイパススイッチをＯＮに制御して前記蓄電部の充電を停止するバイパスモードとを個別に設定することにより前記ユニット電圧を均等化する、蓄電装置である。

蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電ユニットを備え、これらが制御部によって直列充電される。ここで、各蓄電ユニットは、充放電端子間において蓄電部と充電スイッチとが直列に接続されており、また、充放電端子間をバイパスするようにバイパススイッチが設けられている。このため、各蓄電ユニットは、充電スイッチがＯＮに制御されバイパススイッチがＯＦＦに制御されることにより蓄電部が充電される充電モードに設定される。また、各蓄電ユニットは、充電スイッチがＯＦＦに制御されバイパススイッチがＯＮに制御されることにより蓄電部がバイパスされるバイパスモードに設定される。

そして、制御部は、各蓄電ユニットを充電モード又はバイパスモードに個別に設定しつつ、充電モードに設定された蓄電ユニットの電圧に合わせて充電電圧を制御することにより、各蓄電ユニットを定電流で直列充電しながらユニット電圧の均等化を図ることができる。このため、蓄電装置は、一部の蓄電ユニットだけが過充電となる虞を低減でき、各蓄電ユニットの電力容量の上限まで充電することができる。

これにより本発明の第１の態様によれば、直列に接続された複数の蓄電ユニットの充電において、蓄電ユニット間の容量を均等化しつつ、充電可能な電力容量の減少を抑制することができる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記制御部は、複数の前記蓄電ユニットの充電の進行に伴って、前記バイパスモードに設定する前記蓄電ユニットの数を増加させる、蓄電装置である。

本発明の第２の態様によれば、蓄電装置は、複数の蓄電ユニットの直列充電において、満充電状態に近づくにつれてバイパスモードに設定される蓄電ユニットの数が増加することで、より細かくユニット電圧を均等化することができる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、上記した本発明の第１又は２の態様において、前記制御部は、前記蓄電ユニットの放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}、前記蓄電ユニットの直列数をＮ_{ＴＯＴＡＬ}、複数の前記蓄電ユニットの合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}とした場合に、充電モードに設定される前記蓄電ユニットの数Ｎ_ＣがＮ_Ｃ≧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}を満たす最小の自然数となるように制御する、蓄電装置である。

複数の蓄電ユニットの直列充電において、充電モードに設定される蓄電ユニットの数を増加させることにより充電にかかる時間を短縮することができる。一方、バイパスモードに設定される蓄電ユニットの数を増加させることにより、より確実にユニット電圧を均等化することができる。このため、蓄電装置は、充電モードに設定される前記蓄電ユニットの数Ｎ_ＣをＮ_Ｃ≧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}の式に基づいて制御することにより、両者のメリットを最適化した直列充電を行うことができる。

これにより本発明の第３の態様によれば、蓄電装置は、満充電に達するまでの充電時間を抑制しながら、バイパスモードに設定される蓄電ユニットの数をできるだけ早期に増加させ、より確実にユニット電圧を均等化することができる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、上記した本発明の第１乃至３のいずれかの態様において、前記蓄電ユニットは、前記充電スイッチに並列に接続される放電スイッチを含み、前記制御部は、複数の前記蓄電ユニットの充電中に停電が発生した場合に、全ての前記蓄電ユニットに対して、前記充電スイッチ及び前記バイパススイッチをＯＦＦに、前記放電スイッチをＯＮに制御する、蓄電装置である。

本発明の第４の態様によれば、蓄電装置は、充電中に停電が発生した場合であっても、各蓄電ユニットを一斉に放電モードに設定することにより、負荷における瞬断を抑制することができる。

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、直列に接続された複数の蓄電ユニットを充電する充電方法であって、複数の前記蓄電ユニットのそれぞれのユニット電圧を監視する電圧監視工程と、複数の前記蓄電ユニットのそれぞれに対して、内部の蓄電部を定電流で充電する充電モードと、内部の蓄電部をバイパスさせて充電を停止するバイパスモードとのいずれかを個別に設定することにより、前記ユニット電圧を均等化しながら直列充電する直列充電工程と、を含む、充電方法である。

本発明の第５の態様に係る充電方法は、複数の蓄電ユニットを直列充電する場合において、各ユニット電圧を監視しながら、各蓄電ユニットに対して充電モード又はバイパスモードを個別に設定する。このとき、充電モードに設定された蓄電ユニットの電圧に合わせて充電電圧が制御されることにより、各蓄電ユニットを定電流で直列充電しながらユニット電圧の均等化を図ることができる。これにより、本発明の充電方法は、一部の蓄電ユニットだけが過充電となる虞を低減でき、各蓄電ユニットの電力容量の上限まで充電することができる。従って、本発明の第５の態様に係る充電方法によれば、直列に接続された複数の蓄電ユニットの充電において、蓄電ユニット間の容量を均等化しつつ、充電可能な電力容量の減少を抑制することができる。

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、上記した本発明の第５の態様において、前記直列充電工程においては、複数の前記蓄電ユニットの充電の進行に伴って、前記バイパスモードに設定する前記蓄電ユニットの数を増加させる、充電方法である。

本発明の第６の態様に係る充電方法によれば、複数の蓄電ユニットの直列充電において、満充電状態に近づくにつれてバイパスモードに設定される蓄電ユニットの数が増加することで、より細かくユニット電圧を均等化することができる。

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、上記した本発明の第５又は６の態様において、前記直列充電工程においては、前記蓄電ユニットの放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}、前記蓄電ユニットの直列数をＮ_{ＴＯＴＡＬ}、複数の前記蓄電ユニットの合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}とした場合に、充電モードに設定される前記蓄電ユニットの数Ｎ_ＣがＮ_Ｃ≧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}を満たす最小の自然数となるように制御される、充電方法である。

複数の蓄電ユニットの直列充電において、充電モードに設定される蓄電ユニットの数を増加させることにより充電にかかる時間を短縮することができる。一方、バイパスモードに設定される蓄電ユニットの数を増加させることにより、より確実にユニット電圧を均等化することができる。このため、充電モードに設定される前記蓄電ユニットの数Ｎ_ＣをＮ_Ｃ≧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}の式に基づいて制御する充電方法により、両者のメリットを最適化した直列充電を行うことができる。

これにより本発明の第７の態様に係る充電方法によれば、満充電に達するまでの充電時間を抑制しながら、バイパスモードに設定される蓄電ユニットの数をできるだけ早期に増加させ、より確実にユニット電圧を均等化することができる。

＜本発明の第８の態様＞
本発明の第８の態様は、上記した本発明の第５乃至７のいずれかの態様において、前記直列充電工程においては、複数の前記蓄電ユニットの充電中に停電が発生した場合に、全ての前記蓄電ユニットに対して、内部の前記蓄電部の充電を停止させ放電させる放電モードに設定する、充電方法である。

本発明の第８の態様に係る充電方法によれば、充電中に停電が発生した場合であっても、各蓄電ユニットを一斉に放電モードに設定することにより、負荷における瞬断を抑制することができる。

本発明によれば、直列に接続された複数の蓄電ユニットの充電において、蓄電ユニット間の容量を均等化しつつ、充電可能な電力容量の減少を抑制することができる蓄電装置、及び蓄電装置の充電方法を提供することができる。

本発明に係る蓄電装置を使用したバックアップ電源の回路図である。 本発明に係る蓄電装置の構成を示す回路図である。 本発明に係る蓄電装置の充電中における充電電圧、充電ユニット数、及び合計電圧の変化を表すグラフである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

図１は、本発明に係る蓄電装置１を使用したバックアップ電源の回路図である。より詳しくは、図１は、商用電源２から負荷３への電力供給路に設けられるバックアップ電源の構成を例示する回路図である。

蓄電装置１は、詳細構成を後述するように、商用電源２から供給される電力により充電することができ、商用電源２の停電時において放電することにより、負荷３への電力供給が継続されるようにするいわゆる無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Systems）である。

本実施形態においては、商用電源２から出力されるＡＣ１００Ｖの電力は、電源回路４においてＤＣ３８０Ｖに変換されて、切替回路５へ供給される。そして、停電が発生していない平時においては、切替回路５へ供給されたＤＣ３８０Ｖの電力は、インバータ６においてＡＣ１００Ｖに再変換されて、負荷３へ出力される。

また、商用電源２から出力されるＡＣ１００Ｖの電力は、充電回路７において直流電力に変換されると共に、蓄電装置１が要求する電圧に変換されて蓄電装置１の充電に使用される。

そして、蓄電装置１は、商用電源２に停電が発生した場合に、切替回路５を介してインバータ６に直流電力を出力する。これにより蓄電装置１から出力されるＤＣ３８０Ｖの電力は、インバータ６においてＡＣ１００Ｖに再変換されて、負荷３へ出力される。すなわち、切替回路５は、停電が発生していない平時においては電源回路４から入力される電力をインバータ６に出力し、停電時においては蓄電装置１から入力される電力をインバータ６に出力することで、電力供給源を切り替える。

尚、本発明の蓄電装置１を使用したバックアップ電源の構成は、当該回路構成に限定されるものではなく、適用される設備等の条件によって種々の変更が可能である。

次に、蓄電装置１の構成について、より詳細に説明する。図２は、本発明に係る蓄電装置１の構成を示す回路図である。

蓄電装置１は、直列に接続された第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７と制御部１０とを備える。ここで、本実施形態においては、直列数Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}＝７台の蓄電ユニットを備える構成を例示しているが、蓄電装置１が備える蓄電ユニットの台数はこれに限定されるものではなく、負荷３に必要とされる出力電圧となるように適宜調整される。

第１蓄電ユニットＢＢＵ１は、充放電端子Ｔ(−)及びＴ(＋)が形成されており、内部において当該充放電端子間に直列に接続される蓄電部ＢＡＴ及び充電スイッチＳＷ_Ｃを含む。また、第１蓄電ユニットＢＢＵ１は、充電スイッチＳＷ_Ｃに対して並列に接続される放電スイッチＳＷ_Ｄを含む。さらに、第１蓄電ユニットＢＢＵ１は、充放電端子間にバイパス経路が形成され、当該バイパス経路においてバイパススイッチＳＷ_Ｂが設けられている。

ここで、蓄電部ＢＡＴは、例えばニッケル水素電池又はニッカド電池からなる複数の電池セルが直列に接続されて構成されている。また、充電スイッチＳＷ_Ｃ、放電スイッチＳＷ_Ｄ、及びバイパススイッチＳＷ_Ｂは、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の高速動作するスイッチング素子からなる。

そして、第１蓄電ユニットＢＢＵ１は、充電スイッチＳＷ_ＣがＯＮ、放電スイッチＳＷ_ＤがＯＦＦ、バイパススイッチＳＷ_ＢがＯＦＦにそれぞれ制御されることにより、充放電端子間に印加された充電電圧で蓄電部ＢＡＴが充電される充電モードに設定される。また、第１蓄電ユニットＢＢＵ１は、充電スイッチＳＷ_ＣがＯＦＦ、放電スイッチＳＷ_ＤがＯＮ、バイパススイッチＳＷ_ＢがＯＦＦにそれぞれ制御されることにより、ユニット電圧としての蓄電部ＢＡＴの電圧を充放電端子間に出力する放電モードに設定される。

ここで、第２蓄電ユニットＢＢＵ２〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７の構成については、上記した第１蓄電ユニットＢＢＵ１の構成と同一であるため、詳細な説明を省略する。

制御部１０は、例えば公知のマイコン制御回路を含み、蓄電装置１の充放電を制御するいわゆるＢＭＳ（Battery Management System）である。制御部１０は、蓄電装置１の充電を行う場合には、充電回路７から受電すると共に、第１蓄電ユニットＢＢＵ１の充放電端子Ｔ(−)と第７蓄電ユニットＢＢＵ７の充放電端子Ｔ(＋)との間に充電電圧Ｖ_Ｃを印加する。また、制御部１０は、蓄電装置１の放電を行う場合には、第１蓄電ユニットＢＢＵ１の充放電端子Ｔ(−)と第７蓄電ユニットＢＢＵ７の充放電端子Ｔ(＋)との間の合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}を、切替回路５へ供給する。

より詳しくは、制御部１０は、第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７の各ユニット電圧を監視すると共に、各蓄電ユニットの充電スイッチＳＷ_Ｃ、放電スイッチＳＷ_Ｄ、及びバイパススイッチＳＷ_Ｂを個別に制御できるように構成されている。

そして、制御部１０は、第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７に対して直列充電を行う場合に、特定の蓄電ユニットに対して充電を停止するバイパスモードを設定することができる。より具体的には、制御部１０は、例えば第１蓄電ユニットＢＢＵ１をバイパスモードに設定する場合、第１蓄電ユニットＢＢＵ１の充電スイッチＳＷ_ＣをＯＦＦ、放電スイッチＳＷ_ＤをＯＦＦ、バイパススイッチＳＷ_ＢをＯＮにそれぞれ制御することにより、第１蓄電ユニットＢＢＵ１の充放電端子が短絡されて蓄電部ＢＡＴの充電が禁止される。この場合には、各蓄電ユニットの直列充電において、第２蓄電ユニットＢＢＵ２〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７が充電され、第１蓄電ユニットＢＢＵ１が直列充電から除外されることになる。

続いて、蓄電装置１の第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７を直列充電する充電方法について説明する。

蓄電装置１は、第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７のユニット電圧の合計である合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}が所定の閾値以下へ低下した場合や、停電からの復帰時等、充電を行うタイミングを任意に設定することができる。ここでは、合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}が放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}まで低下した状態から充電を開始するものとして説明する。また、本実施形態における合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}は、放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}が２６５Ｖ、充電上限電圧が３８０Ｖであるものとして説明する。

また、制御部１０は、少なくとも蓄電装置１の充電中においては、第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７のそれぞれの蓄電部ＢＡＴの電圧を連続的に監視する（電圧監視工程）。また、制御部１０は、充電モードに設定される蓄電ユニットの数Ｎ_ＣがＮ_Ｃ≧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}を満たす最小の自然数となるように制御しながら、各蓄電ユニットの直列充電を行う（直列充電工程）。

図３は、本発明に係る蓄電装置１の充電中における充電電圧Ｖ_Ｃ、充電ユニット数Ｎ_Ｃ、及び合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}の変化を表すグラフである。図３の横軸は、充電開始のタイミングｔ０からの経過時間を表している。

充電開始のタイミングｔ０において、制御部１０は、蓄電装置１が備える複数の蓄電ユニットのうち、充電モードに設定される蓄電ユニットの数Ｎ_Ｃを算出して直列充電を開始する。ここで、蓄電装置１は、放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}が２６５Ｖ、蓄電ユニットの直列数Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}が７台、充電開始時の合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}が２６５Ｖであることから、Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}＝７により、蓄電ユニット全てを充電モードに設定して直列充電を開始する。

蓄電装置１の充電が開始されると、充電の進行に伴って合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}も上昇することになる。ここで、制御部１０は、上昇する合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}に対して一定の電位差ΔＶを加算した電圧値となるように充電電圧Ｖ_Ｃを制御することにより、充電モードの蓄電ユニットを定電流で充電することができる。

タイミングｔ１において、合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}が３１０Ｖに達すると、制御部１０は、Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}＝５．９８により、充電モードに設定する蓄電ユニットの数Ｎ_Ｃを６台に設定し、残りの１台をバイパスモードに設定する。このとき、制御部１０は、蓄電ユニットのユニット電圧を均等化するため、第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７のうち最も充電が進行している（ユニット電圧が高い）蓄電ユニットをバイパスモードに設定して直列充電を継続する。また、制御部１０は、充電モードに設定される蓄電ユニットの数が減少することから、再び充電電圧Ｖ_Ｃを放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}＝２６５Ｖに戻し、充電モードに設定された蓄電ユニットのユニット電圧の合計に応じて充電電圧Ｖ_Ｃを上昇させる制御を行う。

ここで、バイパスモードに設定される蓄電ユニットがある場合には、充電の進行に伴って、充電モードの蓄電ユニットの１台とバイパスモードの蓄電ユニットとのユニット電圧が逆転することが生じ得る。この場合には、制御部１０は、両者の蓄電ユニットのモードを入れ替えることにより、ユニット電圧の均等化を進めることができる。

タイミングｔ２において、合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}が３７１Ｖに達すると、制御部１０は、Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}＝５により、充電モードに設定する蓄電ユニットの数Ｎ_Ｃを５台に設定し、残りの２台をバイパスモードに設定する。このとき、制御部１０は、蓄電ユニットのユニット電圧を均等化するため、第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７のうち最も充電が進行している２台の蓄電ユニットをバイパスモードに設定して直列充電を継続する。また、制御部１０は、充電モードに設定される蓄電ユニットの数が減少することから、再び充電電圧Ｖ_Ｃを放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}＝２６５Ｖに戻し、充電モードに設定された蓄電ユニットのユニット電圧の合計に応じて充電電圧Ｖ_Ｃを上昇させる制御を行う。

また、制御部１０は、タイミングｔ２以降においても、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間と同様に、充電の進行に伴って、充電モードに設定される蓄電ユニットとバイパスモードに設定される蓄電ユニットとを切り替えながら、ユニット電圧の均等化を図る制御を行う。このとき、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの期間は、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間と比較して、バイパスモードに設定される蓄電ユニットの数が増加することから、より細かくユニット電圧の均等化制御を行うことができる。

そして、制御部１０は、タイミングｔ３において、合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}が充電上限電圧である３８０Ｖに達すると、蓄電装置１が満充電状態になったものとして、全ての蓄電ユニットに対する充電を停止する。これにより、第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７は、直列充電の進行に伴って各蓄電ユニットのユニット電圧の差が縮小し、ユニット電圧が均等化された状態で充電が完了する。このため、各蓄電ユニットは、過充電状態に陥る虞が低減され、充電可能な電力容量まで充電されることになる。

ここで、本実施形態においては、合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}が放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}まで低下した状態から充電を開始するものとして説明したが、合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}が例えば３１０Ｖの状態から直列充電が開始される場合には、６台の蓄電ユニットを充電モードに設定した
図３のタイミングｔ１における状態から充電を開始することになる。

また、制御部１０は、直列充電中に停電が発生した場合には、全ての蓄電ユニットに対して、充電スイッチＳＷ_Ｃ及びバイパススイッチＳＷ_ＢをＯＦＦにし、放電スイッチＳＷ_ＤをＯＮに制御することにより、第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７を一斉に放電モードに設定する。これにより、蓄電装置１は、充電時に停電が発生した場合においても、直ちに合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}を負荷３へ出力することができ、負荷３へ供給される電力に瞬断が生じる虞を低減することができる。

以上のように、本発明に係る蓄電装置１は、第１蓄電ユニットＢＢＵ１〜第７蓄電ユニットＢＢＵ７の直列充電において、蓄電ユニットを順次バイパスモードに設定することにより、ユニット電圧の均等化を図ることができる。また、蓄電装置１は、直列充電の進行に伴って、バイパスモードに設定される蓄電ユニットの数を増加させることにより、より細かくユニット電圧を均等化することができる。さらに、蓄電装置１は、充電モードに設定される蓄電ユニットの数Ｎ_ＣをＮ_Ｃ≧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}を満たす最小の自然数として制御することにより、満充電に達するまでの充電時間を抑制しながら、バイパスモードに設定される蓄電ユニットの数をできるだけ早期に増加させ、より確実にユニット電圧を均等化することができる。そして、蓄電装置１は、充電中に停電が発生した場合であっても、各蓄電ユニットを一斉に放電モードに設定することにより、負荷３における瞬断を抑制することができる。従って、本発明に係る蓄電装置１によれば、直列に接続された複数の蓄電ユニットの充電において、蓄電ユニット間の容量を均等化しつつ、充電可能な電力容量の減少を抑制することができる。

１ 蓄電装置
２ 商用電源
３ 負荷
１０ 制御部
ＢＢＵ１〜ＢＢＵ７ 第１蓄電ユニット〜第７蓄電ユニット
ＢＡＴ 蓄電部
ＳＷ_Ｃ 充電スイッチ
ＳＷ_Ｄ 放電スイッチ
ＳＷ_Ｂ バイパススイッチ
Ｔ(＋)、Ｔ(−) 充放電端子

Claims (8)

1. 直列に接続された複数の蓄電ユニットと、
   複数の前記蓄電ユニットのそれぞれのユニット電圧を監視すると共に、複数の前記蓄電ユニットのそれぞれを制御する制御部と、を備え、
   前記蓄電ユニットは、充放電端子間において直列に接続される蓄電部及び充電スイッチと、前記充放電端子間をバイパスするバイパススイッチとを含み、
   前記制御部は、直列充電する複数の前記蓄電ユニットに対して、前記充電スイッチをＯＮにしつつ前記バイパススイッチをＯＦＦに制御して前記蓄電部を定電流で充電する充電モードと、前記充電スイッチをＯＦＦにしつつ前記バイパススイッチをＯＮに制御して前記蓄電部の充電を停止するバイパスモードとを個別に設定することにより前記ユニット電圧を均等化する、蓄電装置。
2. 前記制御部は、複数の前記蓄電ユニットの充電の進行に伴って、前記バイパスモードに設定する前記蓄電ユニットの数を増加させる、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記制御部は、前記蓄電ユニットの放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}、前記蓄電ユニットの直列数をＮ_{ＴＯＴＡＬ}、複数の前記蓄電ユニットの合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}とした場合に、充電モードに設定される前記蓄電ユニットの数Ｎ_ＣがＮ_Ｃ≧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}を満たす最小の自然数となるように制御する、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記蓄電ユニットは、前記充電スイッチに並列に接続される放電スイッチを含み、
   前記制御部は、複数の前記蓄電ユニットの充電中に停電が発生した場合に、全ての前記蓄電ユニットに対して、前記充電スイッチ及び前記バイパススイッチをＯＦＦに、前記放電スイッチをＯＮに制御する、請求項１乃至３のいずれかに記載の蓄電装置。
5. 直列に接続された複数の蓄電ユニットを充電する充電方法であって、
   複数の前記蓄電ユニットのそれぞれのユニット電圧を監視する電圧監視工程と、
   複数の前記蓄電ユニットのそれぞれに対して、内部の蓄電部を定電流で充電する充電モードと、内部の蓄電部をバイパスさせて充電を停止するバイパスモードとのいずれかを個別に設定することにより、前記ユニット電圧を均等化しながら直列充電する直列充電工程と、を含む、充電方法。
6. 前記直列充電工程においては、複数の前記蓄電ユニットの充電の進行に伴って、前記バイパスモードに設定する前記蓄電ユニットの数を増加させる、請求項５に記載の充電方法。
7. 前記直列充電工程においては、前記蓄電ユニットの放電終止電圧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}、前記蓄電ユニットの直列数をＮ_{ＴＯＴＡＬ}、複数の前記蓄電ユニットの合計電圧Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}とした場合に、充電モードに設定される前記蓄電ユニットの数Ｎ_ＣがＮ_Ｃ≧Ｖ_{ＣＵＴＯＦＦ}×Ｎ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｖ_{ＴＯＴＡＬ}を満たす最小の自然数となるように制御される、請求項５又は６に記載の充電方法。
8. 前記直列充電工程においては、複数の前記蓄電ユニットの充電中に停電が発生した場合に、全ての前記蓄電ユニットに対して、内部の前記蓄電部の充電を停止させ放電させる放電モードに設定する、請求項５乃至７のいずれかに記載の充電方法。

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