JP2021170883A - 蓄電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の蓄電装置を均等に利用することにより、信頼性を向上させた蓄電システムを提供する。【解決手段】飛行体に用いられる蓄電システムは、複数の蓄電装置と、前記複数の蓄電装置に接続されており、前記複数の蓄電装置の間で電力を転送する電力転送回路とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の蓄電装置を備えた蓄電システムに関する。
従来、電動の飛行体が開発されている。例えば、電動の飛行体に無線中継局を搭載することによってＨＡＰＳ（High-altitude platform station，高高度プラットフォーム局）を実現することが構想されている。ＨＡＰＳとして用いられる飛行体は、太陽電池と蓄電装置とを備え、半年等の長期間、無着陸で飛行を継続することが求められる。ＨＡＰＳとして用いられる飛行体は、昼間には、太陽電池により発電された電力を利用して飛行し、かつ蓄電装置の充電を行い、夜間には、蓄電装置に充電された電力を利用して飛行する。特許文献１には、ＨＡＰＳを利用して通信ネットワークを構成する技術が開示されている。
特開２０１９−５４４９０号公報
飛行体では、通常予見されない事由により蓄電装置に故障、劣化又は電力不足等の不具合が発生した場合には、蓄電装置からの電力供給が困難になり、動作に支障をきたす。蓄電装置には、飛行体の動作に支障をきたさないように、高い信頼性が要求される。蓄電装置に不具合が発生した場合に備えて、予備の蓄電装置を飛行体に備えることが考えられる。しかしながら、不具合が発生しない場合は、予備の蓄電装置は無駄な設備となる。また、充電された状態で未使用状態を継続することは、蓄電装置の劣化を招く。
本発明の目的は、複数の蓄電装置を均等に利用することにより、信頼性を向上させた蓄電システムを提供することにある。
本発明の一局面は、飛行体に用いられる蓄電システムであって、複数の蓄電装置と、前記複数の蓄電装置に接続されており、前記複数の蓄電装置の間で電力を転送する電力転送回路とを備える。
上記構成により、蓄電システムでは、一部の蓄電装置に不具合が発生した場合であっても、他の蓄電装置から電力が転送されるので、電力供給の信頼性が向上する。
蓄電システムの配置例を示す模式図である。 蓄電システムの構成例を示すブロック図である。 制御装置及びＢＭＵの内部の機能構成例を示すブロック図である。 複数の蓄電装置の間で電力を転送する処理の手順の第１の例を示すフローチャートである。 予備の蓄電装置から他の蓄電装置へ電力を転送する状態を示すブロック図である。 複数の蓄電装置の間で電力を転送する処理の手順の第２の例を示すフローチャートである。 複数の蓄電装置の間で電力を転送する処理の手順の第３の例を示すフローチャートである。 複数の蓄電装置の間で電力を転送する処理の手順の第４の例を示すフローチャートである。 負荷に接続されている複数の蓄電装置の間で電力を転送する状態を示すブロック図である。 複数の蓄電装置から他の蓄電装置へ電力を転送する状態を示すブロック図である。
飛行体に用いられる蓄電システムは、複数の蓄電装置と、前記複数の蓄電装置に接続されており、前記複数の蓄電装置の間で電力を転送する電力転送回路とを備える。
蓄電システムは、複数の蓄電装置を備え、複数の蓄電装置の間で電力を転送する。一部の蓄電装置において負荷へ供給すべき電力が不足した場合であっても、他の蓄電装置から電力が転送される。一部の蓄電装置に不具合が発生した場合であっても、他の蓄電装置から電力が転送され、負荷への電力供給が継続される。このため、蓄電システム全体での電力の利用効率が向上し、電力供給の信頼性が向上する。
前記複数の蓄電装置は、負荷への電力供給を行わない第１の蓄電装置と、負荷への電力供給を行う第２の蓄電装置とを含んでもよい。蓄電システムは、負荷への電力供給を行わない第１の蓄電装置から、負荷への電力供給を行う第２の蓄電装置へ、電力を転送できる。予備となる第１の蓄電装置を含む複数の蓄電装置が均等に利用されるようにしてもよい。予備の蓄電装置が有効に利用され、予備の蓄電装置が未使用状態を継続することが無くなる。
前記複数の蓄電装置は、前記第２の蓄電装置が電力を供給する負荷とは異なる負荷へ電力を供給する第３の蓄電装置を更に含んでもよい。複数の蓄電装置が互いに異なる負荷へ電力を供給することにより、満充電容量を負荷に応じた値にする等、個々の蓄電装置の性能を各負荷に応じて適切に設計できる。
蓄電システムは、前記複数の蓄電装置の状態に基づいて前記電力転送回路を制御する制御装置を更に備えてもよい。電池温度の差異又は不具合の有無等の蓄電装置の状態に基づき、制御装置が電力転送回路を制御することにより、電力の必要な蓄電装置へ他の装置から電力が転送され、複数の蓄電装置が均等に利用される。
前記制御装置は、前記電力転送回路に、低温の蓄電装置から高温の蓄電装置へ電力を転送させることにより、高温の蓄電装置から負荷への電力供給を減少させ、低温の蓄電装置から前記負荷への電力供給を増加させてもよい。熱ごもり等を原因としてある蓄電装置の温度が相対的に高温である場合、制御装置によって、当該蓄電装置による負荷への負担率を下げる制御を行ってもよい。すなわち、制御装置は、温度が高い蓄電装置から負荷への電力供給を減らし、温度が低い蓄電装置から負荷への電力供給を増やすよう、電力転送回路を制御してもよい。これにより、温度が高い蓄電装置の温度を低減でき、当該蓄電装置が相対的に早く劣化することを防止できる。
前記制御装置は、前記電力転送回路に、放電電圧の高い蓄電装置から放電電圧の低い蓄電装置へ電力を転送させてもよい。故障等の原因によって一の蓄電装置の放電電圧が低下した場合であっても、蓄電システムは、他の蓄電装置から電力を転送することにより、負荷への電力供給を継続できる。
前記制御装置は、前記電力転送回路に、充電率の高い蓄電装置から充電率の低い蓄電装置へ電力を転送させてもよい。一の蓄電装置の充電率が低下し、一の蓄電装置から負荷へ供給すべき電力が不足する場合でも、蓄電システムは、他の蓄電装置から電力を転送することにより、負荷への電力供給を継続できる。
前記制御装置は、前記電力転送回路に、健全度の高い蓄電装置から健全度の低い蓄電装置へ電力を転送させてもよい。蓄電装置が劣化した場合、健全度は低下する。一の蓄電装置が劣化し、負荷へ供給すべき電力が不足する場合でも、蓄電システムは、他の蓄電装置から電力を転送することにより、負荷への電力供給を継続できる。
前記電力転送回路は、双方向型ＤＣＤＣコンバータを用いてもよい。双方向型ＤＣＤＣコンバータは、一方から他方へ、又は他方から一方へ電力を転送できる。双方向型ＤＣＤＣコンバータを用いることにより、蓄電システムは、必要に応じて、一の蓄電装置から他の蓄電装置へ適切に電力を転送できる。
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
＜実施形態＞
図１は、蓄電システム１の配置例を示す模式図である。蓄電システム１は、飛行体２に設けられている。例えば、飛行体２はＨＡＰＳである。飛行体２は、モータ及び通信機器等の負荷２１と、太陽電池２２と、蓄電システム１とを備えている。負荷２１及び太陽電池２２は、夫々に蓄電システム１に接続されている。蓄電システム１は、複数の蓄電装置を含んでいる。蓄電システム１に含まれる蓄電装置は、太陽電池２２が発電した電力を供給され、充電される。蓄電装置は、放電し、負荷２１へ電力を供給する。負荷２１には、飛行体２を飛行させるための動力を発生させるモータが含まれており、太陽電池２２が発電する電力と、蓄電システム１が放電する電力とがモータへ供給される。負荷２１に、太陽電池２２と蓄電システム１とが並列に接続されてもよい。例えば、昼間には、太陽電池２２により発電された電力が蓄電システム１及び負荷２１へ供給される。
夜間には、蓄電装置の電力が負荷２１へ供給される。
図２は、蓄電システム１の構成例を示すブロック図である。蓄電システム１は、複数の蓄電装置１１、１２及び１３を備える。蓄電装置１１、１２及び１３の夫々は、複数の蓄電モジュール３２を備えており、複数の蓄電モジュール３２を直列に接続したバンクを構成している。複数の蓄電モジュール３２には、並列に接続された蓄電モジュール３２が含まれていてもよい。夫々の蓄電モジュール３２は、複数の蓄電セル３３を直列に接続して構成されている。図２では、蓄電モジュール３２の中には単一の蓄電セル３３が記載されているものの、実際には、蓄電モジュール３２には複数の蓄電セル３３が含まれている。蓄電モジュール３２は、並列に接続された蓄電セル３３を含んでいてもよい。蓄電セル３３又は蓄電モジュール３２は、夫々に充電及び放電を行う蓄電素子である。例えば、蓄電セル３３はリチウムイオン電池である。
蓄電装置１１、１２及び１３の夫々は、ＢＭＵ（Battery Management Unit；電池管理部）３１を備えている。ＢＭＵ３１は、蓄電装置に含まれる複数の蓄電モジュール３２の状態を測定し、複数の蓄電モジュール３２の動作を制御する。蓄電システム１は、蓄電装置１１、１２及び１３を制御する制御装置５を備えている。蓄電装置１１、１２及び１３の夫々が備えるＢＭＵ３１は、制御装置５に接続されている。
蓄電装置１１、１２及び１３は、いずれも太陽電池２２に接続されており、太陽電池２２から電力を供給され、充電を行う。蓄電装置１１、１２及び１３の内、蓄電装置１１は、負荷２１に電力線で接続されておらず、負荷２１へ電力を供給しない。蓄電装置１１は、他の蓄電装置を補助する予備の蓄電装置として機能する。蓄電装置１１は第１の蓄電装置に対応する。
蓄電装置１２及び１３は、負荷２１に電力線で接続されており、放電し、負荷２１へ電力を供給する。負荷２１に含まれる複数の負荷の中で、蓄電装置１２は一部の負荷へ電力を供給し、蓄電装置１３は、蓄電装置１２が電力を供給する負荷とは異なる負荷へ電力を供給する。例えば、蓄電装置１２がモータへ電力を供給し、蓄電装置１３が通信機器へ電力を供給する。蓄電装置１２は第２の蓄電装置に対応し、蓄電装置１３は第３の蓄電装置に対応する。複数の蓄電装置が互いに異なる負荷へ電力を供給することにより、満充電容量を負荷に応じた値にする等、個々の蓄電装置の性能を各負荷に応じて適切に設計することができる。
蓄電システム１は、複数の蓄電装置１１、１２及び１３の間で電力を転送する電力転送回路４を備えている。図２は、電力転送回路４の回路図の例を含んでいる。蓄電装置１１、１２及び１３は、電力転送回路４を介して互いに接続されている。電力転送回路４は、一対の中継バス線４３を備え、蓄電装置１１、１２及び１３に接続された複数の双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１を備える。双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１は、一対の電力線を二組有し、一方の一対の電力線は、蓄電装置１１、１２及び１３の何れかに接続されており、他方の一対の電力線は、一対の中継バス線４３に接続されている。他方の一対の電力線の間には、平滑コンデンサ４２が接続されている。蓄電装置１１、１２及び１３の夫々は、双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１及び平滑コンデンサ４２を介して、一対の中継バス線４３に接続されている。一対の中継バス線４３の間には、バッファコンデンサ４４が接続されている。
双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１は、トランス４１１と、スイッチング素子４１２及び４１３とを有している。スイッチング素子４１２及び４１３は、例えば、ＦＥＴ（field effect transistor ）を用いて構成されている。蓄電装置１１、１２及び１３の何れかに接続された一方の一対の電力線の間に、トランス４１１及びスイッチング素子４１２が接続されている。一対の中継バス線４３に接続された他方の一対の電力線の間に、トランス４１１及びスイッチング素子４１３が接続されている。蓄電装置１１、１２及び１３の夫々と、一対の中継バス線４３との間で、トランス４１１を介して電流が流れ、電力が転送される。スイッチング素子４１２及び４１３の動作に応じて、双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１は、一方から他方へ電力を転送でき、他方から一方へ電力を転送することもできる。
平滑コンデンサ４２は、電流に含まれる高周波成分を平滑する。バッファコンデンサ４４は、電力を一時的に蓄積する。制御装置５は、電力転送回路４を制御する。制御装置５は、スイッチング素子４１２及び４１３をオン又はオフにする制御を行う。制御装置５は、スイッチング素子４１２及び４１３を制御することにより、双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１に、一方から他方へ、他方から一方へ電力を転送させる。図２に示す双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１の回路構成は一例である。双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１は、その他の回路構成を有していてもよい。
図３は、制御装置５及びＢＭＵ３１の内部の機能構成例を示すブロック図である。ＢＭＵ３１は、複数の蓄電モジュール３２の状態を測定し、蓄電装置１１、１２又は１３を制御する。ＢＭＵ３１は、演算部３１１と、メモリ３１２と、記憶部３１３と、電圧取得部３１４と、電流取得部３１５と、温度取得部３１６と、通信部３１７とを備えている。演算部３１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。メモリ３１２は、演算部３１１での演算に必要な情報を記憶する。記憶部３１３は、不揮発性であり、プログラム及びデータを記憶する。例えば、記憶部３１３は不揮発性の半導体メモリである。演算部３１１は、記憶部３１３が記憶するプログラムに従って処理を実行する。
電圧取得部３１４は、複数の蓄電モジュール３２の夫々の電圧、複数の蓄電セル３３の夫々の電圧、又は蓄電装置１１、１２若しくは１３の放電電圧を取得する。電流取得部３１５は、複数の蓄電モジュール３２に流れる電流を取得する。例えば、電流取得部３１５は、直列に接続された複数の蓄電モジュール３２に流れる電流を取得するか、又は夫々の蓄電モジュール３２に流れる電流を個別に取得する。温度取得部３１６は、蓄電装置１１、１２又は１３の内部の温度を取得する。例えば、蓄電装置１１、１２及び１３には、熱電対等の、温度を測定するための測温素子が設けられており、温度取得部３１６は、測温素子を用いて温度を取得する。温度取得部３１６は、複数の蓄電モジュール３２の夫々の温度、又は複数の蓄電セル３３の夫々の温度を取得してもよい。通信部３１７は、制御装置５に接続される。通信部３１７は、制御装置５との間で通信を行う。演算部３１１は、通信部３１７に、取得された電圧及び電流を示す情報を制御装置５へ送信させる。
制御装置５は、演算部５１と、メモリ５２と、記憶部５３と、通信部５４と、電力調整部５５とを備えている。演算部５１は、例えば、ＣＰＵである。メモリ５２は、演算部５１での演算に必要な情報を記憶する。記憶部５３は、不揮発性であり、プログラム及びデータを記憶する。例えば、記憶部５３はハードディスクである。演算部５１は、記憶部５３が記憶するプログラムに従って処理を実行する。通信部５４は、複数のＢＭＵ３１に接続される。通信部５４は、夫々のＢＭＵ３１との間で通信を行う。電力調整部５５は、複数の双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１に接続される。電力調整部５５は、複数の双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１の動作を制御する。
図４は、複数の蓄電装置の間で電力を転送する処理の手順の第１の例を示すフローチャートである。夫々のＢＭＵ３１において、電圧取得部３１４は夫々の蓄電モジュール３２の電圧、夫々の蓄電セル３３の電圧、又は蓄電装置１１、１２若しくは１３の放電電圧を取得する。通信部３１７は、取得された電圧を示す情報を制御装置５へ送信する。制御装置５は、複数のＢＭＵ３１から送信された電圧を示す情報を通信部５４で受信することにより、蓄電装置１１、１２及び１３の夫々に係る電圧を取得する（Ｓ１１）。
演算部５１は、取得した電圧に基づいて、放電電圧の低い蓄電装置があるか否かを判定する（Ｓ１２）。蓄電装置の放電電圧を取得する場合は、演算部５１は、放電電圧が所定電圧以下である場合に、放電電圧の低い蓄電装置があると判定する。蓄電モジュール３２の電圧、又は蓄電セル３３の電圧を取得する場合は、演算部５１は、取得した電圧に基づいて、蓄電装置の放電電圧を特定し、特定した放電電圧が所定電圧以下である場合に、放電電圧の低い蓄電装置があると判定する。所定電圧は予め記憶部５３に記憶されている。代替的に、演算部５１は、放電電圧が所定電圧未満である場合に放電電圧の低い蓄電装置があると判定してもよい。代替的に、演算部５１は、複数の蓄電装置の放電電圧の差が所定の閾値以上、又は閾値を超過する場合に、放電電圧の低い蓄電装置があると判定してもよい。
放電電圧の低い蓄電装置が無い場合は（Ｓ１２：ＮＯ）、演算部５１は、処理を終了する。放電電圧の低い蓄電装置がある場合は（Ｓ１２：ＹＥＳ）、演算部５１は、放電電圧の高い蓄電装置から放電電圧の低い蓄電装置へ電力を転送するための処理を行う（Ｓ１３）。Ｓ１３では、演算部５１は、電力を転送すべく、電力調整部５５に、電力転送回路４を動作させる。
図５は、予備の蓄電装置１１から他の蓄電装置１２へ電力を転送する状態を示すブロック図である。蓄電装置１２に接続されている負荷での電力需要が大きい場合、又は蓄電装置１２が故障した場合等に、蓄電装置１２の放電電圧が低下することがある。蓄電装置１１は、負荷に接続されていないので、放電電圧は安定している傾向にある。蓄電装置１１の放電電圧が高く、蓄電装置１２の放電電圧が低下した場合、演算部５１は、蓄電装置１１から蓄電装置１２へ電力を転送するように、電力調整部５５に電力転送回路４を動作させる。電力調整部５５は、蓄電装置１１に接続されている双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１を、スイッチング素子４１２及び４１３を制御することにより、蓄電装置１１から中継バス線４３へ電流を流すべく、動作させる。また、電力調整部５５は、蓄電装置１２に接続されている双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１を、中継バス線４３から蓄電装置１２へ電流を流すべく、動作させる。
図５に実線矢印で示すように、電力転送回路４を介して、蓄電装置１１から蓄電装置１２へ電流が流れ、電力が転送される。電流に含まれる高周波成分は、平滑コンデンサ４２により平滑され、ノイズが抑制される。転送された電力により、蓄電装置１２は充電される。又は、転送された電力は、蓄電装置１２に接続された負荷へ供給される。蓄電装置１３の放電電圧が低い場合は、同様に、蓄電装置１１から蓄電装置１３へ電力が転送される。
Ｓ１３が終了した後、制御装置５は処理を終了する。一の蓄電装置の放電電圧が低下した場合であっても、蓄電システム１は、他の蓄電装置から電力を転送することにより、負荷への電力供給を継続できる。例えば、一時的に負荷の電力需要が増加した場合、又は一の蓄電池が故障した場合でも、継続的に電力が負荷へ供給される。
図６は、複数の蓄電装置の間で電力を転送する処理の手順の第２の例を示すフローチャートである。夫々のＢＭＵ３１において、電流取得部３１５は、蓄電モジュール３２に流れる電流を取得し、通信部３１７は、取得された電流を示す情報を制御装置５へ送信する。制御装置５は、複数のＢＭＵ３１から送信された電流を示す情報を通信部５４で受信することにより、蓄電装置１１、１２及び１３の夫々に係る電流を取得する（Ｓ２１）。
演算部５１は、取得した電流に基づいて、蓄電装置１１、１２及び１３の充電率（ＳＯＣ：State of Charge ）を計算する（Ｓ２２）。Ｓ２２では、例えば、演算部５１は、これまでに取得した電流の値を積算することにより充電率を計算する。演算部５１は、電流値を積算する方法以外の方法で充電率を計算してもよい。代替的に、蓄電システム１は、Ｓ２１及びＳ２２の処理を行わず、ＢＭＵ３１は、電流取得部３１５で取得した電流に基づいて蓄電装置の充電率を計算し、計算した充電率を制御装置５へ送信し、制御装置５は充電率を取得してもよい。
演算部５１は、次に、充電率の低い蓄電装置があるか否かを判定する（Ｓ２３）。Ｓ２３では、演算部５１は、計算した充電率が所定の閾値以下である場合に、充電率の低い蓄電装置があると判定する。閾値は予め記憶部５３に記憶されている。代替的に、演算部５１は、充電率が閾値未満である場合に充電率の低い蓄電装置があると判定してもよい。代替的に、演算部５１は、複数の蓄電装置の充電率の差が所定の閾値以上、又は閾値を超過する場合に、充電率の低い蓄電装置があると判定してもよい。
充電率の低い蓄電装置が無い場合は（Ｓ２３：ＮＯ）、演算部５１は、処理を終了する。充電率の低い蓄電装置がある場合は（Ｓ２３：ＹＥＳ）、演算部５１は、充電率の高い蓄電装置から充電率の低い蓄電装置へ電力を転送するための処理を行う（Ｓ２４）。Ｓ２４では、演算部５１は、電力を転送すべく、電力調整部５５に、電力転送回路４を動作させる。
蓄電装置１２が負荷へ電力を供給し続けた結果、蓄電装置１２の充電率が顕著に低下することがある。蓄電装置１１は、負荷に接続されていないので、充電率は低下し難い。蓄電装置１１の充電率が高く、蓄電装置１２の充電率が低下した場合、演算部５１は、蓄電装置１１から蓄電装置１２へ電力を転送するように、電力調整部５５に電力転送回路４を動作させる。図５に実線矢印で示すように、電力転送回路４を介して、蓄電装置１１から蓄電装置１２へ電力が転送される。転送された電力により、蓄電装置１２は充電される。又は、転送された電力は、蓄電装置１２に接続された負荷へ供給される。蓄電装置１３の充電率が低い場合は、同様に、蓄電装置１１から蓄電装置１３へ電力が転送される。
Ｓ２４が終了した後、制御装置５は処理を終了する。一の蓄電装置の充電率が低下した場合であっても、蓄電システム１は、他の蓄電装置から電力を転送することにより、負荷への電力供給を継続できる。例えば、一の蓄電装置から負荷へ供給すべき電力が不足する場合でも、他の蓄電装置を利用して、継続的に電力が負荷へ供給される。
図７は、複数の蓄電装置の間で電力を転送する処理の手順の第３の例を示すフローチャートである。夫々のＢＭＵ３１において、電圧取得部３１４は蓄電装置１１、１２又は１３に係る電圧を取得し、通信部３１７は、取得された電圧を示す情報を制御装置５へ送信する。制御装置５は、複数のＢＭＵ３１から送信された電圧を示す情報を通信部５４で受信することにより、蓄電装置１１、１２及び１３の夫々に係る電圧を取得する（Ｓ３１）。
演算部５１は、取得した電圧に基づいて、蓄電装置１１、１２及び１３の初期の満充電容量に対する実際の満充電容量の割合を示す健全度（ＳＯＨ：State of Health ）を計算する（Ｓ３２）。Ｓ３２では、例えば、演算部５１は、これまでに取得した電圧の時間経過に応じた変化を特定し、予め記憶部５３に記憶されている電圧の変化と健全度との関係に従って、電圧の変化に応じて健全度を計算する。演算部５１は、その他の方法で充電率を計算してもよい。代替的に、蓄電システム１は、Ｓ３１及びＳ３２の処理を行わず、ＢＭＵ３１は、電圧取得部３１４で取得した電圧に基づいて蓄電装置の健全度を計算し、計算した健全度を制御装置５へ送信し、制御装置５は健全度を取得してもよい。
演算部５１は、次に、健全度の低い蓄電装置があるか否かを判定する（Ｓ３３）。演算部５１は、計算した健全度が所定の閾値以下である場合に、健全度の低い蓄電装置があると判定する。閾値は予め記憶部５３に記憶されている。代替的に、演算部５１は、健全度が閾値未満である場合に健全度の低い蓄電装置があると判定してもよい。代替的に、演算部５１は、複数の蓄電装置の健全度の差が所定の閾値以上、又は閾値を超過する場合に、健全度の低い蓄電装置があると判定してもよい。
健全度の低い蓄電装置が無い場合は（Ｓ３３：ＮＯ）、演算部５１は、処理を終了する。健全度の低い蓄電装置がある場合は（Ｓ３３：ＹＥＳ）、演算部５１は、健全度の高い蓄電装置から健全度の低い蓄電装置へ電力を転送するための処理を行う（Ｓ３４）。Ｓ３４では、演算部５１は、電力を転送すべく、電力調整部５５に、電力転送回路４を動作させる。
健全度の低い蓄電装置は、劣化の進行した蓄電装置である。蓄電装置１２が充電及び放電を繰り返した結果、蓄電装置１２が劣化し、健全度が低下することがある。蓄電装置１１は、負荷に接続されていないので、比較的に劣化は進行し難い。蓄電装置１１の健全度が高く、蓄電装置１２の健全度が低下した場合、演算部５１は、蓄電装置１１から蓄電装置１２へ電力を転送するように、電力調整部５５に電力転送回路４を動作させる。図５に実線矢印で示すように、電力転送回路４を介して、蓄電装置１１から蓄電装置１２へ電力が転送される。転送された電力は、蓄電装置１２に接続された負荷へ供給される。転送された電力により蓄電装置１２が充電されてもよい。蓄電装置１３の健全度が低い場合は、同様に、蓄電装置１１から蓄電装置１３へ電力が転送される。
Ｓ３４が終了した後、制御装置５は処理を終了する。一の蓄電装置の健全度が低下した場合であっても、蓄電システム１は、他の蓄電装置から電力を転送することにより、負荷への電力供給を継続できる。例えば、一の蓄電装置が劣化し、負荷へ供給すべき電力が不足する場合でも、他の蓄電装置を利用して、継続的に電力が負荷へ供給される。
図８は、複数の蓄電装置の間で電力を転送する処理の手順の第４の例を示すフローチャートである。夫々のＢＭＵ３１において、温度取得部３１６は蓄電装置１１、１２又は１３の内部の温度を取得し、通信部３１７は、取得された温度を示す情報を制御装置５へ送信する。制御装置５は、複数のＢＭＵ３１から送信された温度を示す情報を通信部５４で受信することにより、蓄電装置１１、１２及び１３の夫々の内部の温度を取得する（Ｓ４１）。
演算部５１は、取得した温度に基づいて、高温の蓄電装置があるか否かを判定する（Ｓ４２）。演算部５１は、取得した温度が所定温度以上である場合に、高温の蓄電装置があると判定する。所定温度は予め記憶部５３に記憶されている。代替的に、演算部５１は、取得した温度が所定温度を超過する場合に高温の蓄電装置があると判定してもよい。代替的に、演算部５１は、複数の蓄電装置の温度の差が所定の閾値以上、又は閾値を超過する場合に、高温の蓄電装置があると判定してもよい。
高温の蓄電装置が無い場合は（Ｓ４２：ＮＯ）、演算部５１は、処理を終了する。高温の蓄電装置がある場合は（Ｓ４２：ＹＥＳ）、演算部５１は、低温の蓄電装置から高温の蓄電装置へ電力を転送するための処理を行う（Ｓ４３）。Ｓ４３では、演算部５１は、電力を転送すべく、電力調整部５５に、電力転送回路４を動作させる。
蓄電装置は、内部の温度が高いほど劣化が進行し易い。複数の蓄電装置に温度差がある場合は、相対的に高温である蓄電装置は相対的に早く劣化する。蓄電装置１２において熱ごもりが発生した場合、又は電力供給の負担が蓄電装置１２において高い場合は、蓄電装置１２の内部の温度が高温になることがある。蓄電装置１１は、負荷に接続されていないので、比較的に内部の温度が低くなりやすい。蓄電装置１２が高温であり、蓄電装置１１が低温である場合、演算部５１は、蓄電装置１１から蓄電装置１２へ電力を転送するように、電力調整部５５に電力転送回路４を動作させる。図５に実線矢印で示すように、電力転送回路４を介して、蓄電装置１１から蓄電装置１２へ電力が転送される。蓄電装置１３が高温である場合は、同様に、蓄電装置１１から蓄電装置１３へ電力が転送される。
演算部５１は、高温の蓄電装置から負荷へ供給する電力を低下させる（Ｓ４４）。Ｓ４４では、演算部５１は、電力を低下させるための制御信号を、高温の蓄電装置のＢＭＵ３１へ通信部５４から送信する。ＢＭＵ３１では、通信部３１７で制御信号を受信し、演算部３１１は、制御信号に従って、蓄電装置からの供給電力を低下させる制御を行う。例えば、低温の蓄電装置から転送された電力と同等の電力が供給電力から削減される。低温の蓄電装置から転送された電力は、高温の蓄電装置に接続された負荷へ供給される。
Ｓ４４が終了した後、制御装置５は処理を終了する。一の蓄電装置が高温である場合に、蓄電システム１は、低温の蓄電装置から高温の蓄電装置へ電力を転送し、高温の蓄電装置から負荷へ供給する電力を低下させる。低温の蓄電装置から転送された電力が負荷へ供給され、負荷への電力供給は継続される。結果として、高温の蓄電装置から負荷への電力供給が減少し、低温の蓄電装置から負荷への電力供給が増加する。負荷への電力供給が減少することにより、高温の蓄電装置の負担が低下し、蓄電装置の内部の温度が低下する。複数の蓄電装置の温度の差が小さくなり、いずれかの蓄電装置が高温である状態は持続しない。このため、複数の蓄電装置の中のいずれかの蓄電装置が相対的に早く劣化することが防止される。
蓄電システム１は、負荷に接続されている複数の蓄電装置の間で電力を転送することもできる。図９は、負荷に接続されている複数の蓄電装置１２及び１３の間で電力を転送する状態を示すブロック図である。蓄電装置１２の放電電圧が高く蓄電装置１３の放電電圧が低い場合、蓄電装置１２の充電率が高く蓄電装置１３の充電率が低い場合、蓄電装置１２の健全度が高く蓄電装置１３の健全度が低い場合、又は蓄電装置１２の温度が低く蓄電装置１３の温度が高い場合、制御装置５は、蓄電装置１２から蓄電装置１３へ電力を転送するように電力転送回路４を動作させる。電力調整部５５は、蓄電装置１２に接続されている双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１を、蓄電装置１２から中継バス線４３へ電流を流すべく、動作させる。また、電力調整部５５は、蓄電装置１３に接続されている双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１を、中継バス線４３から蓄電装置１３へ電流を流すべく、動作させる。
図９に実線矢印で示すように、電力転送回路４を介して、蓄電装置１２から蓄電装置１３へ電流が流れ、電力が転送される。転送された電力により、蓄電装置１３は充電される。又は、転送された電力は、蓄電装置１３に接続された負荷へ供給される。蓄電装置１２及び１３の状態に応じて、蓄電システム１は、蓄電装置１３から蓄電装置１２へ電力を転送することも可能である。
蓄電システム１は、複数の蓄電装置から他の蓄電装置へ電力を転送することもできる。図１０は、複数の蓄電装置１１及び１２から他の蓄電装置１３へ電力を転送する状態を示すブロック図である。蓄電装置１１及び１２の放電電圧が高く蓄電装置１３の放電電圧が低い場合、蓄電装置１１及び１２の充電率が高く蓄電装置１３の充電率が低い場合、蓄電装置１１及び１２の健全度が高く蓄電装置１３の健全度が低い場合、又は蓄電装置１１及び１２の温度が低く蓄電装置１３の温度が高い場合、蓄電装置１１及び１２から蓄電装置１３へ電力の転送ができる。制御装置５は、蓄電装置１１及び１２から蓄電装置１３へ電力を転送するように電力転送回路４を動作させる。
電力調整部５５は、蓄電装置１１に接続されている双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１を、蓄電装置１１から中継バス線４３へ電流を流すべく、動作させる。電力調整部５５は、蓄電装置１２に接続されている双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１を、蓄電装置１２から中継バス線４３へ電流を流すべく、動作させる。また、電力調整部５５は、蓄電装置１３に接続されている双方向型ＤＣＤＣコンバータ４１を、中継バス線４３から蓄電装置１３へ電流を流すべく、動作させる。
図１０に実線矢印で示すように、電力転送回路４を介して、蓄電装置１１及び１２から蓄電装置１３へ電流が流れ、電力が転送される。転送された電力により、蓄電装置１３は充電される。又は、転送された電力は、蓄電装置１３に接続された負荷へ供給される。蓄電装置１１、１２及び１３の状態に応じて、蓄電システム１は、蓄電装置１１及び１３から蓄電装置１２へ電力を転送することも可能である。
Ｓ１１〜Ｓ１３の処理、Ｓ２１〜Ｓ２４の処理、Ｓ３１〜Ｓ３４の処理、又はＳ４１〜Ｓ４４の処理は、繰り返し実行される。このようにして、制御装置５は、蓄電装置１１、１２及び１３の状態に基づいて電力転送回路４を制御し、電力の不足する蓄電装置へ他の蓄電装置から電力を転送する。蓄電装置１１、１２及び１３の状態が変化した場合は、制御装置５は、電力の転送状態を変更する。例えば、蓄電装置１２の放電電圧が低い状態から、蓄電装置１３の放電電圧が低い状態へ、状況が変化した場合は、制御装置５は、電力転送回路４に、蓄電装置１１から蓄電装置１２への電力の転送を停止させ、蓄電装置１１から蓄電装置１３への電力の転送を開始させる。電力の転送が停止され、次に電力の転送が開始されるまでの間に、バッファコンデンサ４４に蓄積された電力が放出され、電力転送回路４に電流が流れる。電力転送回路４に流れる電流が途切れず、電力の転送状態がスムーズに変更される。
以上詳述した如く、蓄電システム１は、複数の蓄電装置を備え、複数の蓄電装置の間で電力を転送する。特に、負荷が接続された蓄電装置へ、負荷への電力供給を行わない予備の蓄電装置１１から電力が転送される。一部の蓄電装置において負荷へ供給すべき電力が不足した場合であっても、他の蓄電装置から電力が転送されるので、蓄電システム１全体での電力の利用効率が向上する。一部の蓄電装置に不具合が発生した場合であっても、他の蓄電装置から電力が転送され、負荷への電力供給が継続されるので、電力供給の信頼性が向上する。複数の蓄電装置の間で電力が転送されることによって、予備の蓄電装置１１を含む複数の蓄電装置が均等に使用されることになり、予備の蓄電装置１１を含む全ての蓄電装置が有効に利用される。蓄電装置が充電された状態で未使用状態を継続することが無くなり、蓄電システム１の信頼性が向上する。また、複数の蓄電装置の中のいずれかの蓄電装置が相対的に高温である状態は持続しないので、いずれかの蓄電装置が相対的に早く劣化することが防止され、蓄電システム１全体の信頼性が向上する。信頼性の高い蓄電システム１はＨＡＰＳとして用いられる飛行体２に備える蓄電システムとして有用である。
本実施形態では、蓄電システム１がＳ１１〜Ｓ１３の処理、Ｓ２１〜Ｓ２４の処理、Ｓ３１〜Ｓ３４の処理及びＳ４１〜Ｓ４４の処理を実行する形態を示した。代替的に、蓄電システム１は、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理、Ｓ２１〜Ｓ２４の処理、Ｓ３１〜Ｓ３４の処理、又はＳ４１〜Ｓ４４の処理の内の少なくとも一つの処理を実行する形態であってもよい。例えば、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理、Ｓ２１〜Ｓ２４の処理又はＳ３１〜Ｓ３４の処理を実行し、Ｓ４１〜Ｓ４４の処理を実行しない形態では、ＢＭＵ３１は温度取得部３１６を備えていなくてもよい。
本実施形態では、蓄電システム１が蓄電装置１１、１２及び１３を備える形態を示した。代替的に、蓄電システム１は、二つの蓄電装置を備える形態であってもよい。蓄電システム１は、四つ以上の蓄電装置を備える形態であってもよい。本実施形態では、蓄電セル３３がリチウムイオン電池である形態を示した。代替的に、蓄電セル３３は、リチウムイオン電池以外の二次電池であってもよい。本実施形態では、蓄電装置１１、１２及び１３が複数の蓄電モジュール３２を備えたバンクである形態を示した。代替的に、蓄電装置１１、１２及び１３は、単一の蓄電モジュール３２で構成されていてもよい。
本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
１ 蓄電システム
１１、１２、１３ 蓄電装置
２ 飛行体
２１ 負荷
２２ 太陽電池
３１ ＢＭＵ
３２ 蓄電モジュール
３３ 蓄電セル
４ 電力転送回路
４１ 双方向型ＤＣＤＣコンバータ
４１１ トランス
４１２、４１３ スイッチング素子
４２ 平滑コンデンサ
４３ 中継バス線
４４ バッファコンデンサ
５ 制御装置

Claims (9)

  1. 飛行体に用いられる蓄電システムであって、
    複数の蓄電装置と、
    前記複数の蓄電装置に接続されており、前記複数の蓄電装置の間で電力を転送する電力転送回路と
    を備える蓄電システム。
  2. 前記複数の蓄電装置は、
    負荷への電力供給を行わない第１の蓄電装置と、
    負荷への電力供給を行う第２の蓄電装置とを含む
    請求項１に記載の蓄電システム。
  3. 前記複数の蓄電装置は、前記第２の蓄電装置が電力を供給する負荷とは異なる負荷へ電力を供給する第３の蓄電装置を更に含む
    請求項２に記載の蓄電システム。
  4. 前記複数の蓄電装置の状態に基づいて前記電力転送回路を制御する制御装置を更に備える
    請求項１乃至３のいずれか一つに記載の蓄電システム。
  5. 前記制御装置は、前記電力転送回路に、低温の蓄電装置から高温の蓄電装置へ電力を転送させることにより、高温の蓄電装置から負荷への電力供給を減少させ、低温の蓄電装置から前記負荷への電力供給を増加させる
    請求項４に記載の蓄電システム。
  6. 前記制御装置は、前記電力転送回路に、放電電圧の高い蓄電装置から放電電圧の低い蓄電装置へ電力を転送させる
    請求項４又は５に記載の蓄電システム。
  7. 前記制御装置は、前記電力転送回路に、充電率の高い蓄電装置から充電率の低い蓄電装置へ電力を転送させる
    請求項４乃至６のいずれか一つに記載の蓄電システム。
  8. 前記制御装置は、前記電力転送回路に、健全度の高い蓄電装置から健全度の低い蓄電装置へ電力を転送させる
    請求項４乃至７のいずれか一つに記載の蓄電システム。
  9. 前記電力転送回路は、双方向型ＤＣＤＣコンバータを用いている
    請求項１乃至８のいずれか一つに記載の蓄電システム。
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