JP2023068406A - 充電方法、及びバックアップ電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電時における二次電池の温度のばらつきに伴う放電可能時間の短縮を抑制することが可能な充電方法及びバックアップ電源装置を提供する。【解決手段】筐体に収容された複数の二次電池を定期的に補充電する充電方法であって、初回補充電時に複数の二次電池を同時に充電する同時充電中におけるそれぞれのピーク温度を取得するピーク温度取得ステップＳ２と、複数の二次電池を複数の充電グループに分けるときの組合せパターンを列挙する列挙ステップＳ３と、充電グループ毎に充電した場合のそれぞれのピーク温度を、初回補充電時のピーク温度に基づいて組合せパターン毎に予測する予測ステップＳ４と、予測されたピーク温度のばらつきが最小となる組合せパターンで複数の二次電池を分割充電する分割充電ステップＳ５と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、充電方法、及びバックアップ電源装置に関する。

バックアップ電源装置は、停電等によって外部電源から負荷装置へ電力が供給されない状態になったときに、予め充電した二次電池から負荷装置へ電力を供給することにより、負荷装置の動作を継続させることができる。一般的にバックアップ電源装置は、複数の二次電池を内蔵し、外部電源と負荷装置との導電路上に接続されることにより、停電でない平時において外部電源から供給される電力で当該二次電池が充電される。

上記のようなバックアップ電源装置は、出力可能な電流、電圧、及び電力容量等の仕様に応じて複数の二次電池が組電池として直並列される。このとき、複数の二次電池のそれぞれは、筐体内の配置や冷却機構の影響により温度にばらつきが生じることがあり、これに伴って各電圧にもばらつきが生じることになる。そこで、例えば特許文献１に記載された蓄電システムでは、それぞれの二次電池の温度に基づいて劣化状態を判定し、当該劣化状態に応じて各二次電池の電圧を調整している。

特開２０１７－６０３６４号公報

しかしながら、上記のような従来技術においては、各二次電池の劣化状態に応じた電圧調整が可能であるものの、それぞれの二次電池の温度のばらつき自体を抑制している訳ではなく、例えば温度上昇等の劣化要因が特定の二次電池に集中してしまう可能性がある。特に、バックアップ電源装置は、停電が発生しない限り能動的な放電を行わないため、自然放電により低下した分の電力を定期的に補充電すればよく、低レートで当該補充電が行われることが多い。そのため、当該補充電により比較的長時間に亘り高温状態に晒される二次電池は、以降の補充電においても高温状態に晒され続けることになる。その結果、バックアップ電源装置は、放電が必要となる停電時において、複数の二次電池のうち比較的劣化の進行が遅い二次電池からの放電電流の割合が増加し、最も高温になる二次電池の劣化を想定して設定された時間よりも放電可能時間(バックアップ時間)が更に短縮されてしまう虞が生じる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充電時における二次電池の温度のばらつきに伴う放電可能時間の短縮を抑制する充電方法、及びバックアップ電源装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の充電方法は、筐体に収容された複数の二次電池を定期的に補充電する充電方法であって、初回補充電時に前記複数の二次電池を同時に充電する同時充電ステップと、前記複数の二次電池の充電中におけるそれぞれのピーク温度を取得するピーク温度取得ステップと、前記複数の二次電池を複数の充電グループに分けるときの組合せパターンを列挙する列挙ステップと、前記充電グループごとに充電した場合のそれぞれの前記ピーク温度を、前記初回補充電時の前記ピーク温度に基づいて前記組合せパターンごとに予測する予測ステップと、予測された前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンで前記複数の二次電池を分割充電する分割充電ステップと、を含む。

また、上記目的を達成するため、本発明のバックアップ電源装置は、筐体に収容された複数の二次電池と、前記複数の二次電池の充電電力を個別に断接する充電スイッチと、前記複数の二次電池の温度を個別に測定する温度センサと、前記充電スイッチを介して前記複数の二次電池を定期的に補充電する制御装置と、を備え、前記制御装置は、初回補充電時に前記複数の二次電池を同時に充電してそれぞれのピーク温度を取得し、前記複数の二次電池を複数の充電グループに分けるときの組合せパターンを列挙し、前記充電グループごとに充電した場合のそれぞれの前記ピーク温度を、前記初回補充電時の前記ピーク温度に基づいて前記組合せパターンごとに予測し、予測された前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンで前記複数の二次電池を分割充電する。

本発明に係る充電方法、及びバックアップ電源装置によれば、充電時における二次電池の温度のばらつきに伴う放電可能時間の短縮を抑制することができる。

バックアップ電源装置が使用される場合の電源系統を表す回路図である。 バックアップ電源装置の内部構成を表す回路図である。 複数の二次電池の充電量変化を表すグラフである。 バックアップ電源装置の内部レイアウトを表す模式図である。 バックアップ電源装置の充電方法を表すフローチャートである。 複数の二次電池を同時充電した場合の温度変化を表す波形である。 予測されたピーク温度差が最小でない場合の分割充電時の温度変化を表す波形である。 予測されたピーク温度差が最小である場合の分割充電時の温度変化を表す波形である。

以下、図面を参照し、発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本開示は、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、又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、バックアップ電源装置１が使用される場合の電源系統を表す回路図である。バックアップ電源装置１は、外部電源２から外部負荷３への交流導電路をバイパスする直流導電路に接続され、停電時に外部電源２から外部負荷３へ電力が供給できなくなった場合に、内部に蓄えた電力を一定時間継続して外部負荷３へ供給するいわゆる予備電源（ＢＢＵ：Battery Backup Unit）又は無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）である。

外部電源２は、本実施形態においては交流の商用電源であり、停電が発生していない平時においては系統切換スイッチ４を介して外部負荷３へ電力を供給すると共に、充電器５を介してバックアップ電源装置１を充電するための電力供給源として機能する。

外部負荷３は、平時において外部電源２の交流電力で動作する電子機器であり、停電時においてはバックアップ電源装置１からインバータ６及び系統切換スイッチ４を介して電力が供給されることにより動作を継続する。

系統切換スイッチ４は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ又はコンタクタ（電磁接触器）などのスイッチ機構からなり、平時においては外部電源２と外部負荷３とを導通し、停電が検知された場合にはインバータ６と外部負荷３とを導通することで電源系統の切替制御を行う。

充電器５は、AC-DCコンバータからなり、平時かつバックアップ電源装置１の充電が必要な場合に、外部電源２からの交流電力をバックアップ電源装置１の充電に適した電圧の直流電力に変換して充電電力として出力する。

インバータ６は、停電発生時にバックアップ電源装置１が出力する直流電力を交流電力に変換して系統切換スイッチ４に出力する。

ここで、電源系統は、図１に示される形態に限定されるものではなく、バックアップ電源装置１が動作可能な回路であれば適宜変更が可能である。また、バックアップ電源装置１は、例えば双方向コンバータを搭載することにより充電器５及びインバータ６の機能を内蔵してもよい。

続いて、バックアップ電源装置１の内部構成について説明する。図２は、バックアップ電源装置１の内部構成を表す回路図である。バックアップ電源装置１は、入出力端子Ｔｉｎ/Ｔｏｕｔ及び接地端子ＧＮＤからなる一対の充放電端子が充電器５とインバータ６との間の直流導電路に接続され、複数の二次電池Ａ～Ｆ、充電スイッチＳＷｃ、充電ダイオードＤｃ、放電スイッチＳＷｄ、放電ダイオードＤｄ、複数の温度センサＴ、及び制御装置１０が筐体１１に収容されて構成されている。

それぞれの二次電池Ａ～Ｆは、例えば充放電可能なニッケル水素電池からなり、本実施形態においては複数の電池セルが直列に接続された組電池として構成されている。また、それぞれの二次電池Ａ～Ｆは、入出力端子Ｔｉｎ/Ｔｏｕｔと接地端子ＧＮＤとの間で並列に接続されている。そして、二次電池Ａ～Ｆは、停電に対して常時待機するスタンバイユースでの運用が想定され、充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）が１００％に近い状態に維持されよう管理されている。尚、本実施形態においては、６個の組電池が並列接続されているが、組電池の個数は仕様に合わせて適宜変更することができ、また、同出願人による特願2018-168047号公報の技術を採用することにより二次電池Ａ～Ｆを直列に接続して構成してもよい。

充電スイッチＳＷｃは、例えば複数のMOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）からなり、二次電池Ａ～Ｆのそれぞれと入出力端子Ｔｉｎ/Ｔｏｕｔとの間の充電経路に設けられることにより、複数の二次電池Ａ～Ｆの充電電力を個別に断接する。また、充電ダイオードＤｃは、複数の整流素子からなり、それぞれの二次電池Ａ～Ｆに対する充放電電流の逆流を防止する。

放電スイッチＳＷｄは、例えば複数のMOSFETからなり、二次電池Ａ～Ｆのそれぞれと入出力端子Ｔｉｎ/Ｔｏｕｔとの間の放電経路に設けられることにより、複数の二次電池Ａ～Ｆの放電電力を個別に断接する。また、放電ダイオードＤｄは、複数の整流素子からなり、それぞれの二次電池Ａ～Ｆに対する充放電電流の逆流を防止する。

複数の温度センサＴは、例えばサーミスタからなり、それぞれの二次電池Ａ～Ｆに隣接するように設けられることによりそれぞれの二次電池Ａ～Ｆの温度を個別に測定する。

制御装置１０は、例えば公知のマイコン制御回路から構成され、二次電池Ａ～Ｆの電圧及び温度を個別に監視すると共に、二次電池Ａ～Ｆの充放電時に充電スイッチＳＷｃ及び放電スイッチＳＷｄを制御する。ここで、制御装置１０は、停電発生時においては、充電スイッチＳＷｃを全てＯＦＦ状態に制御し、放電スイッチＳＷｄを全てＯＮ状態に制御することにより二次電池Ａ～Ｆの全てを放電状態にする。また、制御装置１０は、停電が復旧した後においては、充電スイッチＳＷｃを全てＯＮ状態に制御し、放電スイッチＳＷｄを全てＯＦＦ状態に制御することにより二次電池Ａ～Ｆの全てを充電状態にすることでＳＯＣを速やかに１００％に復帰させて次の停電に備える。

一方、二次電池Ａ～Ｆが長時間の待機に伴う自己放電によりＳＯＣが緩やかに減少した場合、制御装置１０は、二次電池Ａ～Ｆのそれぞれの充電量を低レートの補充電によって回復させる。補充電の制御手順については詳細を後述する。

図３は、二次電池Ａ～Ｆの充電量変化を表すグラフである。図３において、横軸はバックアップ電源装置１の運用開始から経過した月数を表し、縦軸は、二次電池Ａ～Ｆの充電量（ＳＯＣ）を表している。また、図３に示す範囲においては、停電が発生していないものとしている。

二次電池Ａ～Ｆは、充電量が１００％として運用が開始され、日数の経過に伴う自己放電により徐々に充電量が低下していく。これに対し、制御装置１０は、例えば閾値として設定された９０％まで充電量が低下した場合に、充電スイッチＳＷｃを介して二次電池Ａ～Ｆを補充電する制御を行う。ここでは説明を簡単にするために、約２か月ごとの周期で二次電池Ａ～Ｆの充電量が１００％から９０％まで自己放電するものとし、その都度、定期的に二次電池Ａ～Ｆに補充電を行うことで１００％の充電量まで回復させているものとする。

図４は、バックアップ電源装置１の内部レイアウトを表す模式図である。本実施形態のバックアップ電源装置１は、筐体１１の内外を連通する吸気口１２及び排気口１３を備え、吸気口１２には空冷ファン１４が設けられている。尚、吸気口１２及び排気口１３の数は適宜変更することができ、空冷ファン１４が排気用として排気口１３に設けられてもよい。空冷ファン１４は、二次電池Ａ～Ｆの充放電中に稼働することとしてもよく、又は、二次電池Ａ～Ｆの温度が一定以上である場合に稼働することとしてもよい。

また、本実施形態のバックアップ電源装置１の内部においては、上記した充電スイッチＳＷｃ、充電ダイオードＤｃ、放電スイッチＳＷｄ、放電ダイオードＤｄ、及び制御装置１０等が実装された回路基板１５が筐体内部の気流方向に沿って延在し、その両側のそれぞれに二次電池Ａ～Ｃ及び二次電池Ｄ～Ｆが同じく気流方向に沿って配置されている。すなわち、本実施形態においては、二次電池Ａ及びＤが気流方向の風上側に位置し、二次電池Ｃ及びＦが気流方向の風下側に位置することになる。尚、二次電池Ａ～Ｆ及び回路基板１５のレイアウトは適宜変更が可能であり、仕様に応じて他の配置としてもよい。

そして、制御装置１０は、後述する充電方法による補充電を行うため、二次電池Ａ～Ｆの筐体内配置と、吸気口１２、排気口１３、及び空冷ファン１４に伴う筐体内部の気流方向とが予め記憶されている。ここで、筐体内配置及び気流方向は、二次電池Ａ～Ｆの充電時における輻射熱及び冷却効率を推定するための情報であり、より具体的には、例えば筐体１１の内部における二次電池Ａ～Ｆの座標や隣接関係、並びに、各電池と筐体１１の内壁との対向関係及び距離を含んでもよい。

ここで、バックアップ電源装置１は、仕様が同一の二次電池Ａ～Ｆの全てを同時に充電した場合だけでなく、１つずつ個別に充電した場合であっても、筐体１１の内部レイアウトに伴い充電時の上昇温度に差が生じる場合がある。例えば、二次電池Ａ～Ｆは、上記のように相互の隣接関係や筐体１１の内壁との隣接関係、空冷ファン１４に伴う風上・風下の位置関係、筐体１１の外部に発熱源が隣接する場合、回路基板１５の一部に発熱部品が搭載されている場合など、様々な要因によって充電時のピーク温度にばらつきが生じる可能性がある。

このとき、例えば二次電池Ｃ及びＦが定期的な補充電による温度上昇に伴い特に劣化した場合には、放電時において他の二次電池Ａ、Ｂ、Ｄ及びＥへ放電電流が集中することになるため、放電可能時間(バックアップ時間)が短縮されてしまう虞が生じる。そこで、バックアップ電源装置１の制御装置１０は、次に説明する充電方法により補充電を行うことで当該虞を低減する。

図５は、バックアップ電源装置１の充電方法を表すフローチャートである。制御装置１０は、二次電池Ａ～Ｆの補充電が必要なタイミングにおいて図５に示す充電方法の手順を実行する。ここで、制御装置１０は、二次電池Ａ～Ｆの全てを同時に充電する場合を１とし、二次電池Ａ～Ｆを複数のグループに分けて分割して充電する場合を０とする同時充電フラグＦ_ＡＬＬを用意し、図３で横軸が０月の時点における初期値をＦ_ＡＬＬ＝１としてバックアップ電源装置１の稼働を開始する。そして、制御装置１０は、図２に示すように稼働開始からの経過時間が２月の時点において、図５のフローチャートに従って初回の補充電を行う。

補充電の手順が開始されると、制御装置１０は、同時充電フラグがＦ_ＡＬＬ＝１であるか否かを判定する（ステップＳ１）。このとき、初回の補充電においては、初期値としてＦ_ＡＬＬ＝１と判定される（ステップＳ１でＹｅｓ）。

ステップＳ１でＦ_ＡＬＬ＝１と判定された場合、制御装置１０は、充電スイッチＳＷｃを全てＯＮに切り替えることで補充電として二次電池Ａ～Ｆの全てを同時に充電すると共に（同時充電ステップ、ステップＳ２）、二次電池Ａ～Ｆの充電中におけるそれぞれのピーク温度を複数の温度センサＴにより取得する（ピーク温度取得ステップ、ステップＳ２）。当該補充電は、公知の－ΔＶ方式により満充電を検知するまで継続される。

初回の補充電が完了すると、制御装置１０は、次回以降の補充電を分割充電で行うために必要となる分割パターン決定処理Ｐを行う。

まず、制御装置１０は、二次電池Ａ～Ｆを複数の充電グループに分けるときの組合せパターンを列挙する（列挙ステップ、ステップＳ３）。ここで、二次電池Ａ～Ｆを電池数が同数の２つの充電グループに分ける場合、例えば第１グループを二次電池Ａ～Ｃ、第２グループを二次電池Ｄ～Ｆとする分け方を〈Ａ，Ｂ，Ｃ：Ｄ，Ｅ，Ｆ〉と表すこととすると、〈Ａ，Ｂ，Ｆ：Ｄ，Ｅ，Ｃ〉、〈Ａ，Ｃ，Ｅ：Ｄ，Ｂ，Ｆ〉、・・・のように様々な組み合わせパターンが列挙される。また、充電グループの数は２つに限定されるものではなく、例えば〈Ａ，Ｂ：Ｃ，Ｄ：Ｅ，Ｆ〉のように３つ以上の充電グループに分類してもよい。更に、２つの充電グループに分ける場合であっても各グループの電池数が同数である必要は無く、例えば〈Ａ，Ｂ：Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ〉のようにグループ分けしてもよい。そして、制御装置１０は、グループ分けに何らかの任意の制約が課せられない限り、これらの全ての組合せパターンを列挙する。

尚、バックアップ電源装置１に設けられる電池数が決まれば上記の列挙ステップを行うことができるため、制御装置１０は、バックアップ電源装置１の稼働前に、列挙された全ての組合せパターンを記憶しておいてもよい。

次に、制御装置１０は、二次電池Ａ～Ｆを充電グループごとに充電した場合のそれぞれのピーク温度を、初回補充電時のピーク温度に基づいて、列挙した組合せパターンごとに予測する（予測ステップ、ステップＳ４）。より具体的には、制御装置１０は、次回の補充電で仮に〈Ａ，Ｂ，Ｃ：Ｄ，Ｅ，Ｆ〉の組合せパターンを選択し、二次電池Ａ～Ｃを同時に充電したのち二次電池Ｄ～Ｆを同時に充電すると仮定した場合に、二次電池Ａ～Ｆのそれぞれのピーク温度が何℃まで上昇するかを予測する。

このとき、制御装置１０は、ステップＳ２における初回補充電時のピーク温度をベースとしつつ、制御装置１０に予め記憶された筐体内配置及び気流方向によりピーク温度の予測値を補正することで、二次電池Ａ～Ｃの隣接関係に伴う輻射熱の影響や空冷ファン１４による冷却効率を盛り込んだより正確な予測を行うことができる。

また、制御装置１０は、予測ステップにおいて、〈Ａ，Ｂ，Ｃ：Ｄ，Ｅ，Ｆ〉の組合せパターン以外に対しても同様に二次電池Ａ～Ｆのそれぞれのピーク温度を予測することで、列挙された組合せパターンごとにピーク温度の予測値を算出する。

そして、制御装置１０は、列挙された組合せパターンのうち、二次電池Ａ～Ｆのそれぞれの予測されたピーク温度のばらつきが最小となる組合せパターンを次回の補充電における分割パターンとして選択する（ステップＳ５）。より具体的には、制御装置１０は、列挙された組合せパターンごとに、二次電池Ａ～Ｆのうちピーク温度の予測値の最大値と最小値との差を算出する。そして制御装置１０は、算出された当該差が最小となる組合せパターンを選択する。

分割パターン決定処理Ｐが完了すると、制御装置１０は、同時充電フラグをＦ_ＡＬＬ＝０に設定して（ステップＳ６）、初回補充電における図５のフローチャートを一旦終了する。

次に、制御装置１０は、二次電池Ａ～ＦのＳＯＣを監視し、補充電が必要になったタイミングにおいて再び図５のフローチャートを開始する。すなわち、制御装置１０は、図２に示すように稼働開始からの経過時間が４月の時点において、図５のフローチャートに従って２回目の補充電を行う。

２回目の補充電の手順が開始されると、制御装置１０は、初回補充電におけるステップＳ６で同時充電フラグがＦ_ＡＬＬ＝０に設定されていることから、ステップＳ１でＮｏと判定することになる。

そして、制御装置１０は、前回の補充電において選択された組合せパターンで、二次電池Ａ～Ｆを複数の充電グループに分けて順次補充電を行う分割充電を実行する（分割充電ステップ、ステップＳ７）。また、このとき制御装置１０は、初回補充電時と同様に二次電池Ａ～Ｆの充電中におけるそれぞれのピーク温度を複数の温度センサＴにより取得する（ステップＳ７）。

これにより、二次電池Ａ～Ｆは、分割充電により全体的な温度上昇を抑制することができるだけでなく、ピーク温度の差を最小化する組合せパターンが選択されていることで、個々の劣化速度の差を低減することができる。

また、制御装置１０は、二次電池Ａ～Ｆの分割充電が完了すると、ステップＳ７で測定された二次電池Ａ～Ｆのそれぞれのピーク温度の差を確認し、ピーク温度差が事前に設定された温度閾値ＴＨ以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。ここで、温度閾値ＴＨとは、二次電池Ａ～Ｆの充電時におけるピーク温度のばらつきを判定するために予め任意に設定される値であり、本実施形態においてはＴＨ＝５°と設定されているものとする。すなわち、ステップＳ８においては、二次電池Ａ～Ｆのピーク温度の最大値と最小値との差が５°以下であるか否かが判定されることになる。

ピーク温度差が温度閾値ＴＨ以下であると判定された場合（ステップＳ８でＹｅｓ）、制御装置１０は、次回の補充電においても今回の補充電における組合せパターンで分割充電を行うことが可能であると判断し、同時充電フラグをＦ_ＡＬＬ＝０に設定したまま補充電の手順を終了する。

一方、バックアップ電源装置１を長期に運用して定期的に補充電を繰り返す中で、周囲の環境変化等の事情により分割充電ステップにおけるピーク温度のばらつきが温度閾値ＴＨよりも大きくなった場合には（ステップＳ８でＮｏ）、制御装置１０は、同時充電フラグをＦ_ＡＬＬ＝１に設定して補充電の手順を終了する（ステップＳ９）。これにより、制御装置１０は、次回の補充電を初回補充電時として同時充電を行い、分割パターン決定処理Ｐを実行することによりピーク温度のばらつきが最小となる組合せパターンを更新する。

尚、ここでは、ピーク温度差と温度閾値ＴＨとを比較して組合せパターンを更新するタイミングを決定しているが、分割充電の回数をカウントして所定の回数に達したタイミングで組合せパターンを更新してもよい。

続いて、二次電池Ａ～Ｆを補充電した場合の実験例について説明する。図６は、二次電池Ａ～Ｆを同時充電した場合の温度変化を表す波形である。より具体的には、図６は、同時充電を開始してから経過した時間を横軸とし、縦軸を電池温度とした場合の二次電池Ａ～Ｆそれぞれの温度変化を表している。本実施形態においては、二次電池Ａ～Ｆは、同時充電開始から約6.2時間で満充電に達して補充電が終了し、このタイミングをピーク温度として常温に向かって温度が低下していく。

図６の結果から、本実施形態におけるピーク温度が、気流方向の風上側に位置する二次電池Ａ及びＤで相対的に低く、気流方向の風下側に位置する二次電池Ｃ及びＦで相対的に高いことが確認でき、どの程度の温度差を生じさせるかを把握することができる。

次に、組合せパターンの選択による効果の違いについて説明する。図７は、予測されたピーク温度差が最小でない場合の分割充電時の温度変化を表す波形である。ここでは、列挙ステップで列挙された組み合わせパターンのうち、ピーク温度差が最小でない〈Ｄ，Ｅ，Ｆ：Ａ，Ｂ，Ｃ〉のグループ分けで分割充電を行なった場合の二次電池Ａ～Ｃの温度変化を示している。

より具体的には、第１グループを二次電池Ｄ～Ｆ、第２グループを二次電池Ａ～Ｃとして充電グループを設定し、第１グループを満充電まで充電した後に第２グループを満充電まで充電した場合の二次電池Ａ～Ｃそれぞれの温度変化が示されている。尚、図７の横軸は、分割充電を開始してから経過した時間、すなわち第１グループの充電開始時間を０とした各グループの通算の経過時間を表している。また、二次電池Ａ～Ｃのそれぞれと二次電池Ｄ～Ｆのそれぞれとは筐体内配置と気流方向が相互に対応し、温度変化が互いに同様の傾向を示すことから、ここでは二次電池Ｄ～Ｆの温度変化の図示を省略している。

図７の結果によれば、ピーク温度が最小の二次電池Ａ(≒二次電池Ｄ)と、ピーク温度が最大の二次電池Ｃ(≒二次電池Ｆ)とは、ピーク温度差が約７°と比較的ばらつきが大きくなっている。

図８は、予測されたピーク温度差が最小である場合の分割充電時の温度変化を表す波形である。ここでは、列挙ステップで列挙された組み合わせパターンのうち、ピーク温度差が最小である〈Ａ，Ｂ，Ｆ：Ｄ，Ｅ，Ｃ〉のグループ分けで分割充電を行なった場合の二次電池Ｄ，Ｅ，Ｃの温度変化を示している。

より具体的には、第１グループを二次電池Ａ，Ｂ，Ｆ、第２グループを二次電池Ｄ，Ｅ，Ｃとして充電グループを設定し、第１グループを満充電まで充電した後に第２グループを満充電まで充電した場合の二次電池Ｄ，Ｅ，Ｃそれぞれの温度変化が示されている。尚、図８の横軸は、分割充電を開始してから経過した時間、すなわち第１グループの充電開始時間を０とした各グループの通算の経過時間を表している。また、二次電池Ｄ，Ｅ，Ｃのそれぞれと二次電池Ａ，Ｂ，Ｆのそれぞれとは筐体内配置と気流方向が相互に対応し、温度変化が互いに同様の傾向を示すことから、ここでは二次電池Ａ，Ｂ，Ｆの温度変化の図示を省略している。

図８の結果によれば、ピーク温度が最小の二次電池Ｄ(≒二次電池Ａ)と、ピーク温度が最大の二次電池Ｃ(≒二次電池Ｆ)とは、ピーク温度差が約３．５°と比較的ばらつきが小さくなっている。

このため、バックアップ電源装置１は、補充電において上記の充電方法を適用することにより、二次電池Ａ～Ｆのピーク温度差を最小化することができ、特定の二次電池のみに劣化が進行する虞を抑制することができる。

以上のように、本実施形態のバックアップ電源装置１は、筐体１１に収容された二次電池Ａ～Ｆに対して初回補充電において同時充電し、それぞれの二次電池Ａ～Ｆのピーク温度を取得することで温度上昇傾向を把握する。また、バックアップ電源装置１は、測定されたピーク温度に基づいて、次回の補充電における分割充電の組合せパターンを最適化する。これによりバックアップ電源装置１は、上記した充電方法によって、次回の補充電を二次電池Ａ～Ｆのピーク温度差が最小になる組合せパターンで分割充電することができ、特定の電池のみに劣化が偏らないため、充電時における二次電池Ａ～Ｆの温度のばらつきに伴う放電可能時間の短縮を抑制することができる。

以上で本実施形態についての説明を終えるが、本開示は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば上記の実施形態ではバックアップ電源装置１の筐体１１を図４に示す構成として例示したが、筐体１１は、空冷ファン１４を設けない構成であってもよく、更には吸気口１２及び排気口１３を備えず密閉されていてもよい。

これらの場合、バックアップ電源装置１は、筐体１１の内部を強制的に空冷しないか、又は筐体内外の空気の出入りが全く無いことになる。そのため、初回補充電時に二次電池Ａ～Ｄを同時充電すると、隣接関係により二次電池Ｂ及びＥのピーク温度が相対的に上昇し易くなる。

そこで、制御装置１０は、分割パターン決定処理Ｐにより例えば〈Ｂ，Ｅ：Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｆ〉の組合せパターンを選択する。これにより、互いに隣接しない二次電池Ｂ及びＥが第１グループとして充電され、その後に二次電池Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｆが第２グループとして充電される。そのため、相対的にピーク温度が高い二次電池Ｂ及びＥは、充電時に周囲が高温でないため輻射熱を受けず放熱が容易となり、ピーク温度の上昇を抑制することができる。一方、相対的にピーク温度が低い二次電池Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｆは、満充電直後の高温状態の二次電池Ｂ又はＥに隣接した状態で充電されるため、熱の授受が無い状態よりもピーク温度を僅かに上昇させることができる。その結果、バックアップ電源装置１は、二次電池Ａ～Ｆのピーク温度のばらつきを抑制することができ、上記した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

＜本発明の実施態様＞
本発明の第１の実施態様は、筐体に収容された複数の二次電池を定期的に補充電する充電方法であって、初回補充電時に複数の前記二次電池を同時に充電する同時充電ステップと、複数の前記二次電池の充電中におけるそれぞれのピーク温度を取得するピーク温度取得ステップと、複数の前記二次電池を複数の充電グループに分けるときの組合せパターンを列挙する列挙ステップと、前記充電グループごとに充電した場合のそれぞれの前記ピーク温度を、前記初回補充電時の前記ピーク温度に基づいて前記組合せパターンごとに予測する予測ステップと、予測された前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンで複数の前記二次電池を分割充電する分割充電ステップと、を含む。

第１の実施態様に係る充電方法においては、筐体内の複数の二次電池に対して初回補充電において同時充電し、それぞれの二次電池のピーク温度を取得することで温度上昇傾向を把握する。また、当該充電方法においては、測定されたピーク温度に基づいて、次回の補充電における分割充電の組合せパターンを最適化する。これにより、第１の実施態様に係る充電方法によれば、次回の補充電を二次電池のピーク温度差が最小になる組合せパターンで分割充電することができ、特定の二次電池のみに劣化が偏らないため、充電時における二次電池の温度のばらつきに伴う放電可能時間の短縮を抑制することができる。

本発明の第２の実施態様に係る充電方法は、上記した第１の実施態様において、前記予測ステップにおいては、予め記憶された複数の前記二次電池の筐体内配置に基づいて前記ピーク温度の予測値を補正する。

第２の実施態様に係る充電方法によれば、ピーク温度のばらつきが最小となる組合せパターンの予測において、複数の二次電池の隣接関係等のレイアウトに基づいて予測値を調整するため、輻射熱の影響を盛り込んだより正確な予測を行うことができる。

本発明の第３の実施態様に係る充電方法は、上記した第１又は２の実施態様において、前記予測ステップにおいては、予め記憶された前記筐体の内部における気流方向に基づいて前記ピーク温度の予測値を補正する。

第３の実施態様に係る充電方法によれば、ピーク温度のばらつきが最小となる組合せパターンの予測において、筐体内の気流方向に基づいて予測値を調整するため、複数の二次電池それぞれの冷却効率を盛り込んだより正確な予測を行うことができる。

本発明の第４の実施態様に係る充電方法は、上記した第１乃至３のいずれかの実施態様において、前記分割充電ステップにおける前記ピーク温度のばらつきが所定の温度閾値よりも大きい場合に、次回の補充電を前記初回補充電時として前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンを更新する。

第４の実施態様に係る充電方法によれば、分割充電を行なった場合のピーク温度のばらつきが拡大したことを検知して組合せパターンを更新するため、長期の運用で定期的に補充電を繰り返す中で、周囲の環境変化等の事情が生じた場合であっても、当該組合せパターンを最適化することができる。

本発明の第５の実施態様に係る充電方法は、上記した第１乃至３のいずれかの実施態様において、前記分割充電が所定の回数に達した場合に、次回の補充電を前記初回補充電時として前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンを更新する。

第５の実施態様に係る充電方法によれば、長期の運用の中で補充電を所定回数毎に同時充電とすることにより、定期的に組合せパターンを更新し、周囲の環境変化等の事情が生じた場合であっても、当該組合せパターンを最適化することができる。

本発明の第６の実施態様に係るバックアップ電源装置は、筐体に収容された複数の二次電池と、複数の前記二次電池の充電電力を個別に断接する充電スイッチと、複数の前記二次電池の温度を個別に測定する温度センサと、前記充電スイッチを介して複数の前記二次電池を定期的に補充電する制御装置と、を備え、前記制御装置は、初回補充電時に複数の前記二次電池を同時に充電してそれぞれのピーク温度を取得し、複数の前記二次電池を複数の充電グループに分けるときの組合せパターンを列挙し、前記充電グループごとに充電した場合のそれぞれの前記ピーク温度を、前記初回補充電時の前記ピーク温度に基づいて前記組合せパターンごとに予測し、予測された前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンで複数の前記二次電池を分割充電する。

第６の実施態様に係るバックアップ電源装置においては、制御装置が、筐体内の複数の二次電池に対して初回補充電において同時充電し、それぞれの二次電池のピーク温度を取得することで温度上昇傾向を把握する。また、当該制御装置は、測定されたピーク温度に基づいて、次回の補充電における分割充電の組合せパターンを最適化する。これにより、第１の実施態様に係るバックアップ電源装置によれば、次回の補充電を二次電池のピーク温度差が最小になる組合せパターンで分割充電することができ、特定の二次電池のみに劣化が偏らないため、充電時における二次電池の温度のばらつきに伴う放電可能時間の短縮を抑制することができる。

本発明の第７の実施態様に係るバックアップ電源装置は、上記した第６の実施態様において、前記制御装置は、予め記憶された前記複数の二次電池の筐体内配置に基づいて前記ピーク温度の予測値を補正する。

第７の実施態様に係るバックアップ電源装置によれば、ピーク温度のばらつきが最小となる組合せパターンの予測において、複数の二次電池の隣接関係等のレイアウトに基づいて予測値を調整するため、輻射熱の影響を盛り込んだより正確な予測を行うことができる。

本発明の第８の実施態様に係るバックアップ電源装置は、上記した第６又は７の実施態様において、前記制御装置は、予め記憶された前記筐体の内部における気流方向に基づいて前記ピーク温度の予測値を補正する。

第８の実施態様に係るバックアップ電源装置によれば、ピーク温度のばらつきが最小となる組合せパターンの予測において、筐体内の気流方向に基づいて予測値を調整するため、複数の二次電池それぞれの冷却効率を盛り込んだより正確な予測を行うことができる。

本発明の第９の実施態様に係るバックアップ電源装置は、上記した第６乃至８のいずれかの実施態様において、前記制御装置は、前記分割充電における前記ピーク温度のばらつきが所定の温度閾値よりも大きい場合に、次回の補充電を前記初回補充電時として前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンを更新する。

第９の実施態様に係るバックアップ電源装置によれば、分割充電を行なった場合のピーク温度のばらつきが拡大したことを検知して組合せパターンを更新するため、長期の運用で定期的に補充電を繰り返す中で、周囲の環境変化等の事情が生じた場合であっても、当該組合せパターンを最適化することができる。

本発明の第１０の実施態様に係るバックアップ電源装置は、上記した第６乃至８のいずれかの実施態様において、前記制御装置は、前記分割充電が所定の回数に達した場合に、次回の補充電を前記初回補充電時として前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンを更新する。

第１０の実施態様に係るバックアップ電源装置によれば、長期の運用の中で補充電を所定回数毎に同時充電とすることにより、定期的に組合せパターンを更新し、周囲の環境変化等の事情が生じた場合であっても、当該組合せパターンを最適化することができる。

１ バックアップ電源装置
２ 外部電源
３ 外部負荷
４ 系統切換スイッチ
５ 充電器
６ インバータ
１０ 制御装置
１１ 筐体
１２ 吸気口
１３ 排気口
１４ 空冷ファン
１５ 回路基板
Ａ～Ｆ 二次電池
Ｔ 温度センサ
Ｄｃ 充電ダイオード
Ｄｄ 放電ダイオード
ＳＷｃ 充電スイッチ
ＳＷｄ 放電スイッチ
Ｔｉｎ/Ｔｏｕｔ 入出力端子
ＧＮＤ 接地端子

Claims (10)

1. 筐体に収容された複数の二次電池を定期的に補充電する充電方法であって、
   初回補充電時に複数の前記二次電池を同時に充電する同時充電ステップと、
   複数の前記二次電池の充電中におけるそれぞれのピーク温度を取得するピーク温度取得ステップと、
   複数の前記二次電池を複数の充電グループに分けるときの組合せパターンを列挙する列挙ステップと、
   前記充電グループごとに充電した場合のそれぞれの前記ピーク温度を、前記初回補充電時の前記ピーク温度に基づいて前記組合せパターンごとに予測する予測ステップと、
   予測された前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンで複数の前記二次電池を分割充電する分割充電ステップと、を含む、充電方法。
2. 前記予測ステップにおいては、予め記憶された複数の前記二次電池の筐体内配置に基づいて前記ピーク温度の予測値を補正する、請求項１に記載の充電方法。
3. 前記予測ステップにおいては、予め記憶された前記筐体の内部における気流方向に基づいて前記ピーク温度の予測値を補正する、請求項１又は２に記載の充電方法。
4. 前記分割充電ステップにおける前記ピーク温度のばらつきが所定の温度閾値よりも大きい場合に、次回の補充電を前記初回補充電時として前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンを更新する、請求項１乃至３のいずれかに記載の充電方法。
5. 前記分割充電が所定の回数に達した場合に、次回の補充電を前記初回補充電時として前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンを更新する、請求項１乃至３のいずれかに記載の充電方法。
6. 筐体に収容された複数の二次電池と、
   複数の前記二次電池の充電電力を個別に断接する充電スイッチと、
   複数の前記二次電池の温度を個別に測定する温度センサと、
   前記充電スイッチを介して複数の前記二次電池を定期的に補充電する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   初回補充電時に複数の前記二次電池を同時に充電してそれぞれのピーク温度を取得し、 複数の前記二次電池を複数の充電グループに分けるときの組合せパターンを列挙し、
   前記充電グループごとに充電した場合のそれぞれの前記ピーク温度を、前記初回補充電時の前記ピーク温度に基づいて前記組合せパターンごとに予測し、
   予測された前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンで複数の前記二次電池を分割充電する、バックアップ電源装置。
7. 前記制御装置は、予め記憶された複数の前記二次電池の筐体内配置に基づいて前記ピーク温度の予測値を補正する、請求項６に記載のバックアップ電源装置。
8. 前記制御装置は、予め記憶された前記筐体の内部における気流方向に基づいて前記ピーク温度の予測値を補正する、請求項６又は７に記載のバックアップ電源装置。
9. 前記制御装置は、前記分割充電における前記ピーク温度のばらつきが所定の温度閾値よりも大きい場合に、次回の補充電を前記初回補充電時として前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンを更新する、請求項６乃至８のいずれかに記載のバックアップ電源装置。
10. 前記制御装置は、前記分割充電が所定の回数に達した場合に、次回の補充電を前記初回補充電時として前記ピーク温度のばらつきが最小となる前記組合せパターンを更新する、請求項６乃至８のいずれかに記載のバックアップ電源装置。

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