JP5717217B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の蓄電池を具備する蓄電装置および蓄電装置における充放電方法に関する。
近年、様々な分野において、環境問題への関心が深まってきている。
その中で、電力供給の分野においては、ＰＶ（Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｎｉｃ）発電による電力供給や、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ ＥＶ）に用いられる二次電池の活用による電力供給等が注目されてきている。この二次電池としては、リチウムイオン二次電池が有力視されており、今後の普及に合わせて、鉛蓄電池の代替などが予想される。
二次電池として利用される蓄電素子（蓄電池）は、外部との間でエネルギーの受け渡しを行う。そのため、受け渡しを行うエネルギーの量が大きくなる場合には、保護回路等で安全を確保したうえで使用する必要がある。
近年では、特に高電圧分野への需要に対応するため、複数の蓄電素子を直列に接続することで高電圧化が図られている。
直列に接続された蓄電素子においては、それら蓄電素子の互いの電圧値間に、ばらつきがあるケースが考えられる。このばらつきは、蓄電素子の個々の特性の差や温度環境の差などが原因で生じるものである。互いにばらつきがある蓄電素子を直列に接続した場合、その直列に接続された直列体の特性は、特性の悪い蓄電素子に依存してしまう。
そこで、直列に接続された蓄電池の電圧値を均等化する技術が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
特表２００９−５４０７９３号公報
しかしながら、特許文献１に記載された技術においては、蓄電素子の特性のばらつきに起因する動作不良の発生確率を低減させることはできるが、特性のばらつき以外で蓄電素子の一部に不良が生じた場合は対処することができないという問題点がある。
このような場合、その直列体が含まれるシステム全体が使用不可能となってしまい、復旧させるには、新しい蓄電素子への全交換を行わなければならないという問題点がある。
本発明の目的は、上述した課題を解決する蓄電装置および充放電方法を提供することである。
本発明の蓄電装置は、
複数の蓄電池を具備する蓄電装置であって、
前記複数の蓄電池が互いに直列に接続された直列体を複数並列に接続し、
前記直列体は、
前記複数の蓄電池それぞれの両端の電圧値を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部が測定した電圧値に基づいて前記蓄電池が不良であるかどうかを判定し、不良であると判定された蓄電池がない場合、前記複数の蓄電池の直列電圧を該直列体の出力電圧として出力させ、また、不良であると判定された蓄電池がある場合、該蓄電池以外の蓄電池の電圧を昇圧させた電圧を該直列体の出力電圧として出力させる制御部とを有する。
また、本発明の充放電方法は、
直列に接続された複数の蓄電池を具備する直列体が複数並列に接続された蓄電装置において、該蓄電池の充放電を行う充放電方法であって、
前記複数の蓄電池それぞれの両端の電圧値を測定する処理と、
前記測定した電圧値に基づいて、前記蓄電池が不良であるかどうかを判定する判定処理と、
前記不良であると判定された蓄電池がない場合、前記複数の蓄電池の直列電圧を該直列体の出力電圧として出力させる処理と、
前記不良であると判定された蓄電池がある場合、該蓄電池以外の蓄電池の電圧を昇圧させた電圧を該直列体の出力電圧として出力させる処理とを行う。
以上説明したように、本発明においては、蓄電池の一部に不良が生じた場合であっても、継続して充放電を行うことができ、システムの長寿命化を実現することができる。
本発明の蓄電装置の実施の一形態を示す図である。 図１に示した記憶部に記憶されている閾値の一例を示す図である。 図１に示した変圧器の内部構成の一例を示す図である。 図１に示した電池の状態に応じたスイッチの開閉を示す表である。 図１に示した電池の状態に応じたスイッチの開閉を示す表である。 本発明の蓄電装置の他の実施の形態を示す図である。 図６に示した電池の状態に応じたスイッチの開閉を示す表である。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の蓄電装置の実施の一形態を示す図である。
本形態には図１に示すように、複数の直列体１００−１，１００−２と、電圧測定部２００と、制御部３００と、記憶部４００と、出力端子（正）５００と、出力端子（負）５１０とが設けられている。また、複数の直列体１００−１，１００−２は互いに並列に接続されている。図１には、直列体が直列体１００−１および直列体１００−２のみを示しているが、３つ以上の直列体が互いに並列に接続されているものであっても良い。
直列体１００−１は図１に示すように、複数の蓄電池である電池１０１−１〜１０１−ｎ（ｎは２以上の自然数）と、変圧器１０２−１〜１０２−ｎと、スイッチ１０３，１０４，１０５−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎと、抵抗１０７，１０８−１〜１０８−ｎと、ダイオード１０９−１〜１０９−ｎとから構成されている。なお、直列体１００−２の内部構成は、直列体１００−１の内部構成と同じである。
電池１０１−１〜１０１−ｎは、充電可能な蓄電池（蓄電素子）である。また、電池１０１−１〜１０１−ｎは、リチウムイオン二次電池である。また、電池１０１−１〜１０１−ｎは、互いに直列に接続されている。
電圧測定部２００は、電池１０１−１〜１０１−ｎそれぞれの両端の電圧値を測定する。また、電圧測定部２００は、測定した電圧値を制御部３００へ出力する。また、電圧測定部２００は、保護ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等で構成され、ＩＣ内部のＡＤコンバータ等で電池１０１−１〜１０１−ｎの電圧を読みこむものであっても良い。
制御部３００は、電圧測定部２００から出力されてきた電圧値に基づいて、電池１０１−１〜１０１−ｎが不良であるかどうかを判定する。
ここで制御部３００は、電圧測定部２００から出力されてきた電圧値と、あらかじめ設定された閾値とを比較し、その比較の結果に基づいて、不良であるかどうかを判定するものであっても良い。例えば、電圧測定部２００から出力されてきた電圧値が、閾値よりも極端に低い場合、または閾値よりも極端に高い場合、制御部３００は、その電池が不良であると判定するものであっても良い。
例えば、電池１０１−１〜１０１−ｎとして、公称容量が５Ａｈ、公称内部インピーダンスが３ｍΩ、最大レートが５Ｃのものを用いた場合、電池１０１−１〜１０１−ｎの電圧が２Ｖ以下となる状態が１０秒以上継続した場合を不良とするものであっても良い。電池１０１−１〜１０１−ｎの電圧は、正常なものであっても、放電の状態などによっては瞬間的に２Ｖ以下に低下する場合がある。こういった場合でも、電圧を時間で平均して用いることで、不良の誤検出を防げる。
あるいは、制御部３００は、電圧測定部２００から出力されてきた電池１０１−１〜１０１−ｎの電圧値を互いに比較し、その比較の結果に基づいて、不良であるかどうかを判定するものであっても良い。例えば、制御部３００は、電圧測定部２００から出力されてきた電池１０１−１〜１０１−ｎの電圧値のうち、他の電圧値とかけ離れた電圧値を持つ電池が不良であると判定するものであっても良い。
電池１０１−１〜１０１−ｎの劣化は、電池１０１−１〜１０１−ｎの内部インピーダンスの増加として顕在化し得る。そこで、このインピーダンスの増加を検出するため、充放電時に各蓄電素子の電圧を計測し、その中央値を求め、その中央値との電圧差の絶対値が所定の値以上となる蓄電素子を不良とするものであっても良い。例えば、この所定値を７５ｍＶ（＝５Ａｈ×５Ｃ×３ｍΩ）とすることができる。これにより、一部の蓄電素子が不良化してしまった場合であっても、不良化した蓄電素子に起因して各直列体の間に生じる異常電流（横流：ｃｏｒｓｓ ｃｕｒｒｅｎｔ）を、蓄電素子の最大レートに相当する電流以下に抑えることができる。なお、各蓄電素子の電圧分布が対称であるような場合、中央値は、算術平均値としても同様の検出ができる。
あるいは、制御部３００は、電圧測定部２００から出力されてきた電池１０１−１〜１０１−ｎの電圧値のふらつき具合（不安定さ）に基づいて、不良であるかどうかを判定するものであっても良い。例えば、制御部３００は、電圧測定部２００から出力されてきた電池１０１−１〜１０１−ｎの電圧値のふらつく範囲が所定の範囲を超えた電池がある場合、その電池が不良であると判定するものであっても良い。
なお、電圧測定部２００にて測定された電池１０１−１〜１０１−ｎの電圧値に基づいて、電池１０１−１〜１０１−ｎが不良かどうかを判定するものの代わりに、温度測定部を設け、温度測定部にて電池１０１−１〜１０１−ｎの温度を測定し、測定された温度に基づいて、電池１０１−１〜１０１−ｎが不良かどうかを判定するものであっても良い。この場合、電圧測定部２００にて測定された温度が、あらかじめ設定された閾値温度（記憶部４００に記憶されているものであっても良い）よりも極端に高い場合や、極端に低い場合（例えば、所定値を７０℃としてそれ以上となる場合）、不安定な場合、または急激に温度が上昇または下降した場合に、その電池が不良であると判定するものであっても良い。これにより、電池１０１−１〜１０１−ｎの異常発熱を未然に防ぐことができる。なお、温度測定部は、電池１０１−１〜１０１−ｎの内部の温度を測定することが困難である場合、電池１０１−１〜１０１−ｎの外部の温度を測定するものであっても良い。つまり、電池１０１−１〜１０１−ｎの所定の部分の温度を測定するものであれば良い。
また、電圧測定部２００にて測定された電圧値と、温度測定部にて測定された温度との双方の測定結果に基づいて、電池１０１−１〜１０１−ｎが不良かどうかを判定するものであっても良い。
また、制御部３００は、上述した判定の結果、不良であると判定された電池がない場合、電池１０１−１〜１０１−ｎの直列電圧を直列体１００−１の出力電圧として出力させる。また、制御部３００は、上述した判定の結果、不良であると判定された電池がある場合、不良であると判定された電池以外の電池の電圧を昇圧させた電圧を直列体１００−１の出力電圧として出力させる。
具体的には、制御部３００は、上述した判定の結果、直列体１００−１内に不良であると判定された電池がない場合、変圧器１０２−１〜１０２−ｎを直列体１００−１から切り離す。また、制御部３００は、上述した判定の結果、直列体１００−１内に不良であると判定された電池がある場合、不良であると判定された電池およびその電池と接続されている変圧器を直列体１００−１から切り離し、不良であると判定された電池以外の電池の出力電圧を変圧器１０２−１〜１０２−ｎを用いて昇圧させて出力させる。つまり、不良であると判定された電池の放電経路を遮断する。
このように、直列体を構成する一部の電池に不良が生じた場合であっても、制御部３００が、不良であると判定した電池を直列体から切り離し、それ以外の電池の電圧を昇圧して出力させることで、当該直列体を正常な直列体と接続したままで、当該直列体からの放電が可能となる。そのため、直列体を構成する一部の電池に不良が生じたことにより、当該直列体と切り離してしまう場合と比べて、正常な直列体に負荷をかけることなく、運転可能となる。
記憶部４００は、制御部３００の判定処理に用いる閾値をあらかじめ記憶する。
図２は、図１に示した記憶部４００に記憶されている閾値の一例を示す図である。
図１に示した記憶部４００には図２に示すように、判定処理に用いる閾値が記憶されている。例えば、図２に示すように、閾値「２Ｖ」が記憶されている。この場合、制御部３００は、この閾値を用いて、電池１０１−１〜１０１−ｎが不良であるかどうかを判定する。
変圧器１０２−１〜１０２−ｎは、電池１０１−１〜１０１−ｎとそれぞれ接続され、電池１０１−１〜１０１−ｎの電圧を昇圧可能なトランス（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ等）である。また、変圧器１０２−１〜１０２−ｎは、電池１０１−１〜１０１−ｎそれぞれについて、電池１０１−１〜１０１−ｎと並列に接続された１次巻線および直列体１００−１と並列に接続された２次巻線の２つのコイルから構成される。なお、ここでは、「巻線」や「コイル」という表現を用いているが、１次側（図１上では、向かって左側）にかかる電圧を昇圧または減圧して２次側（図１上では、向かって右側）へ出力できるものであれば、巻線を構成しているものでなくても良い。
図３は、図１に示した変圧器１０２−１の内部構成の一例を示す図である。
図１に示した変圧器１０２−１は図３に示すように、１次巻線１２１と２次巻線１２２とから構成されたトランスである。変圧器１０２−１は、１次巻線１２１にかかる電圧を、２次巻線１２２側へ昇圧して出力する。また、１次巻線１２１の巻線数に対する２次巻線１２２の巻線数の比は、１つの直列体１００−１に属する電池の数（ここでは、ｎ）である。つまり、電池の数がｎ個である場合、１次巻線の巻線数と２次巻線の巻線数との比は、１：ｎとなる。
また、変圧器１０２−１〜１０２−ｎは、ＤＣＤＣコンバータ等の電圧値を可変に変換できるものであっても良い。
なお、図１に示した変圧器１０２−２〜１０２−ｎの内部構成は、図３に示した変圧器１０２−１の内部構成と同じである。
スイッチ１０３は、電流制限経路スイッチである。
スイッチ１０４は、電池１０１−１〜１０１−ｎと直列に接続され、制御部３００からの指示により接続（短絡）／開放を行う第１の放電スイッチである。
スイッチ１０５−１〜１０５−ｎは、変圧器１０２−１〜１０２−ｎの１次巻線それぞれと直列に接続され、制御部３００からの指示により接続（短絡）／開放を行う第２の放電スイッチである。
スイッチ１０６−１〜１０６−ｎは、電池１０１−１〜１０１−ｎそれぞれと並列に接続され、電池１０１−１〜１０１−ｎの充電時に、制御部３００からの指示により接続（短絡）／開放を行う充電スイッチである。
ここで、「接続（短絡）」とは、スイッチが物理的に閉じた状態であり、また「開放」とは、スイッチが物理的に開いた状態である。
制御部３００は、これらのスイッチへ接続（短絡）／開放を指示することにより、上述した制御を行う。具体的には、制御部３００は、電池１０１−１〜１０１−ｎの放電時に、不良であると判定された電池がない場合、スイッチ１０４を短絡状態とし、スイッチ１０５−１〜１０５−ｎすべてを開放状態とする。また、制御部３００は、電池１０１−１〜１０１−ｎの放電時に、不良であると判定された電池がある場合、スイッチ１０４および不良であると判定された電池と接続されている変圧器の１次巻線と接続されたスイッチ１０５を開放状態とし、その変圧器以外の変圧器の１次巻線と接続されたスイッチ１０５を短絡状態とする。また、制御部３００は、電池１０１−１〜１０１−ｎの放電時および充電時に、不良であると判定された電池がない場合、スイッチ１０３を開放状態とする。また、制御部３００は、電池１０１−１〜１０１−ｎの放電時に、不良であると判定された電池がある場合、スイッチ１０３を開放状態とする。また、制御部３００は、電池１０１−１〜１０１−ｎの充電時に、不良であると判定された電池がある場合、スイッチ１０３を短絡状態とする。
また、制御部３００は、電池１０１−１〜１０１−ｎの充電時に、不良であると判定された電池と接続されているスイッチ１０６を短絡状態とし、それ以外のスイッチ１０６を開放状態とする。つまり、不良であると判定された電池の安全を確保するためにバイパスする経路を作る。
また、制御部３００は、上述した判定結果や、スイッチの開閉動作について、システムの運用者等が認識できるように、所定の装置へ通知を行ったり、所定の表示を行ったりするものであっても良い。
抵抗１０７は、スイッチ１０３と直列に接続された電流制限抵抗である。また、スイッチ１０３と抵抗１０７との組は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や一般的なトランジスタ等で構成された低電流回路で置き換えたものであっても良い。
抵抗１０８−１〜１０８−ｎは、スイッチ１０６−１〜１０６−ｎそれぞれと直列に接続されたバイパス用抵抗である。
ダイオード１０９−１〜１０９−ｎは、変圧器１０２−１〜１０２−ｎの２次巻線それぞれと直列に接続された逆流防止素子である。
なお、スイッチ１０３，１０４および抵抗１０７は、直列体１００−１の正極側に配置しても、負極側に配置しても良い。
出力端子（正）５００および出力端子（負）５１０は、直列体１００−１〜１００−ｎの正極側の電位および負極側の電位を出力する端子である。
なお、スイッチ１０３，１０４，１０５−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎは、ＭＯＳ−ＦＥＴやトランジスタ、リレー等のスイッチング素子である。
図４は、図１に示した電池１０１−１〜１０１−ｎの状態に応じたスイッチの開閉を示す表である。
図４には、図１に示した電池１０１−１〜１０１−ｎの状態に応じた、スイッチ１０３，１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎの開（ＯＦＦ）閉（ＯＮ）が、放電時と充電時とに分類されて示されている。
電池１０１−１〜１０１−ｎすべてが正常である場合、放電時および充電時において、スイッチ１０４がＯＮとなり、他のスイッチ１０３，１０５−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎがＯＦＦとなるように制御部３００によって制御される。
また、放電時に電池１０１−１が不良であると判定された場合、スイッチ１０５−２〜１０５−ｎがＯＮとなり、他のスイッチ１０３，１０４，１０５−１，１０６−１〜１０６−ｎがＯＦＦとなるように制御部３００によって制御される。なお、スイッチ１０６−１がＯＮとなるように制御部３００によって制御されても良い。
また、充電時に電池１０１−１が不良であると判定された場合、スイッチ１０３，１０６−１がＯＮとなり、他のスイッチ１０４，１０５−１〜１０５−ｎ，１０６−２〜１０６−ｎがＯＦＦとなるように制御部３００によって制御される。
また、放電時に電池１０１−２が不良であると判定された場合、スイッチ１０５−１，１０５−３（不図示）〜１０５−ｎがＯＮとなり、他のスイッチ１０３，１０４，１０５−２，１０６−１〜１０６−ｎがＯＦＦとなるように制御部３００によって制御される。なお、スイッチ１０６−２がＯＮとなるように制御部３００によって制御されても良い。
また、充電時に電池１０１−２が不良であると判定された場合、スイッチ１０３，１０６−２がＯＮとなり、他のスイッチ１０４，１０５−１〜１０５−ｎ，１０６−１，１０６−３（不図示）〜１０６−ｎがＯＦＦとなるように制御部３００によって制御される。
また、放電時に電池１０１−ｎが不良であると判定された場合、スイッチ１０５−１〜１０５−（ｎ−１）（不図示）がＯＮとなり、他のスイッチ１０３，１０４，１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎがＯＦＦとなるように制御部３００によって制御される。なお、スイッチ１０６−ｎがＯＮとなるように制御部３００によって制御されても良い。
また、充電時に電池１０１−ｎが不良であると判定された場合、スイッチ１０３，１０６−ｎがＯＮとなり、他のスイッチ１０４，１０５−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−（ｎ−１）（不図示）がＯＦＦとなるように制御部３００によって制御される。
また、不良の判定に加えて、不良の予備軍（不良予備軍）として判定された電池がある場合、同様の処理を行うものであっても良い。この予備軍の使用方法を規定することで、蓄電システムの長寿命化を図ることもできる。
この不良予備軍とは、不良になってはいないが、不良になりかけているものを言う。
例えば、充放電時の電池１０１−１〜１０１−ｎの互いの電圧差が４５ｍＶ以上７５ｍＶ未満のものを予備軍とするものであっても良い。また、予備軍は、電池１０１−１〜１０１−ｎの開放電圧の互いの電圧差から検出することもできる。この場合、不良検出時と同様にして、この電圧差が７５ｍＶ以上のものを予備軍とするものであっても良い。これにより、過度な横流の発生を防止することができる。
図５は、図１に示した電池１０１−１〜１０１−ｎの状態に応じたスイッチの開閉を示す表である。
図５には、図１に示した電池１０１−１〜１０１−ｎの状態に応じた、スイッチ１０３，１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎの開（ＯＦＦ）閉（ＯＮ）が、放電時と充電時とに分類されて示されている。また、図５では、電池１０１−１〜１０１−ｎの状態が、正常時、不良時および予備軍時として示されている。
電池１０１−１〜１０１−ｎが正常時および不良時のスイッチ１０３，１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎの開（ＯＦＦ）閉（ＯＮ）については、図４を用いて説明したものと同じである。
放電時に電池１０１−１が予備軍であると判定された場合、スイッチ１０３，１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎの開閉が、正常時と同じとなるように、制御部３００によって制御される。
また、充電時に電池１０１−１が予備軍であると判定された場合、スイッチ１０３，１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎの開閉が、充電時に電池１０１−１が不良であると判定された場合と同じとなるように、制御部３００によって制御される。
また、放電時に電池１０１−２が予備軍であると判定された場合、スイッチ１０３，１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎの開閉が、正常時と同じとなるように、制御部３００によって制御される。
また、充電時に電池１０１−２が予備軍であると判定された場合、スイッチ１０３，１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎの開閉が、充電時に電池１０１−２が不良であると判定された場合と同じとなるように、制御部３００によって制御される。
また、放電時に電池１０１−ｎが予備軍であると判定された場合、スイッチ１０３，１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎの開閉が、正常時と同じとなるように、制御部３００によって制御される。
また、充電時に電池１０１−ｎが予備軍であると判定された場合、スイッチ１０３，１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，１０６−１〜１０６−ｎの開閉が、充電時に電池１０１−ｎが不良であると判定された場合と同じとなるように、制御部３００によって制御される。
このようにすることで、不良化する可能性の高い蓄電素子を未然に除外することができる。
また、双方向で昇圧または減圧可能な変圧器を用いるものであっても良い。
図６は、本発明の蓄電装置の他の実施の形態を示す図である。
本形態には図６に示すように、複数の直列体６００−１，６００−２と、電圧測定部２００と、制御部３１０と、記憶部４００と、出力端子（正）５００と、出力端子（負）５１０とが設けられている。また、複数の直列体６００−１，６００−２は互いに並列に接続されている。図６には、直列体が直列体６００−１および直列体６００−２の２つのみを示しているが、３つ以上の直列体が互いに並列に接続されているものであっても良い。
電圧測定部２００、記憶部４００、出力端子（正）５００および出力端子（負）５１０は、図１に示したものと同じである。
直列体６００−１は図６に示すように、複数の蓄電池である電池１０１−１〜１０１−ｎと、変圧器６０１−１〜６０１−ｎと、スイッチ１０４，１０５−１〜１０５−ｎ，６０２−１〜６０２−ｎとから構成されている。なお、直列体６００−２の内部構成は、直列体６００−１の内部構成と同じである。
電池１０１−１〜１０１−ｎおよびスイッチ１０４，１０５−１〜１０５−ｎは、図１に示したものと同じである。なお、図６に示した形態においては、スイッチ１０４を第３の放電スイッチとし、またスイッチ１０５−１〜１０５−ｎを第４の放電スイッチとする。
変圧器６０１−１〜６０１−ｎは、電池１０１−１〜１０１−ｎとそれぞれ接続され、双方向で電圧の昇圧または減圧が可能なトランス（例えば、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ等）である。また、変圧器６０１−１〜６０１−ｎは、電池１０１−１〜１０１−ｎそれぞれについて、電池１０１−１〜１０１−ｎと並列に接続された１次巻線および直列体６００−１と並列に接続された２次巻線の２つのコイルから構成される。なお、ここでは、「巻線」や「コイル」という表現を用いているが、１次側（図６上では、向かって左側）にかかる電圧を昇圧または減圧して２次側（図６上では、向かって右側）へ出力でき、また２次側にかかる電圧を昇圧または減圧して１次側へ出力できるものであれば、巻線を構成しているものでなくても良い。
スイッチ６０２−１〜６０２−ｎは、変圧器６０１−１〜６０１−ｎの２次巻線それぞれと直列に接続された第５の放電スイッチである。
制御部３１０は、電圧測定部２００から出力されてきた電圧値に基づいて、電池１０１−１〜１０１−ｎが不良であるかどうかを判定する。判定基準については、図１に示した制御部３００におけるものと同じで良い。
また、制御部３１０は、上述した判定の結果、に不良であると判定された電池がない場合、電池１０１−１〜１０１−ｎの直列電圧を直列体６００−１の出力電圧として出力させる。また、制御部３１０は、上述した判定の結果、不良であると判定された電池がある場合、不良であると判定された電池以外の電池の電圧を昇圧させた電圧を直列体６００−１の出力電圧として出力させる。
具体的には、制御部３１０は、上述した判定の結果、直列体６００−１内不良であると判定された電池がない場合、変圧器６０１−１〜６０１−ｎを直列体６００−１から切り離す。また、制御部３１０は、上述した判定の結果、直列体６００−１内に不良であると判定された電池がある場合、不良であると判定された電池およびその電池と接続されている変圧器を直列体６００−１から切り離し、不良であると判定された電池以外の電池の出力電圧を変圧器６０１−１〜６０１−ｎを用いて昇圧させて出力させる。つまり、不良であると判定された電池の充放電経路を遮断する。
制御部３１０は、これらのスイッチへ接続（短絡）／開放を指示することにより、上述した制御を行う。具体的には、制御部３１０は、不良であると判定された電池がない場合、スイッチ１０４を短絡状態とし、スイッチ１０５−１〜１０５−ｎ，６０２−１〜６０２−ｎすべてを開放状態とする。また、制御部３１０は、不良であると判定された電池がある場合、スイッチ１０４および不良であると判定された電池と接続されている変圧器の１次巻線および２次巻線とそれぞれ接続されたスイッチ１０５，６０２を開放状態とし、その変圧器以外の変圧器の１次巻線および２次巻線とそれぞれ接続されたスイッチ１０５，６０２を短絡状態とする。
また、制御部３１０は、上述した判定結果や、スイッチの開閉動作について、システムの運用者等が認識できるように、所定の装置へ通知を行ったり、所定の表示を行ったりするものであっても良い。
図７は、図６に示した電池１０１−１〜１０１−ｎの状態に応じたスイッチの開閉を示す表である。
図７には、図６に示した電池１０１−１〜１０１−ｎの状態に応じた、スイッチ１０４，１５０−１〜１０５−ｎ，６０２−１〜６０２−ｎの開（ＯＦＦ）閉（ＯＮ）が、放電時と充電時とに分類されて示されている。
電池１０１−１〜１０１−ｎすべてが正常である場合、放電時および充電時において、スイッチ１０４がＯＮとなり、他のスイッチ１０５−１〜１０５−ｎ，６０２−１〜６０２−ｎがＯＦＦとなるように制御部３１０によって制御される。
また、電池１０１−１が不良であると判定された場合、放電時および充電時において、スイッチ１０４，１０５−１，６０２−１がＯＦＦとなり、他のスイッチ１０５−２〜１０５−ｎ，６０２−２〜６０２−ｎがＯＮとなるように制御部３１０によって制御される。
また、電池１０１−２が不良であると判定された場合、放電時および充電時において、スイッチ１０４，１０５−２，６０２−２がＯＦＦとなり、他のスイッチ１０５−１，１０５−３（不図示）〜１０５−ｎ，６０２−１，６０２−３（不図示）〜６０２−ｎがＯＮとなるように制御部３１０によって制御される。
また、電池１０１−ｎが不良であると判定された場合、放電時および充電時において、スイッチ１０４，１０５−ｎ，６０２−ｎがＯＦＦとなり、他のスイッチ１０５−１〜１０５−（ｎ−１）（不図示），６０２−１〜６０２−（ｎ−１）（不図示）がＯＮとなるように制御部３１０によって制御される。
また、１つの電池に対して１つの変圧器を設けるものではなく、複数の電池ごとに１つの電池グループを構成し、１つの電池グループに対して１つの変圧器を設けるものであっても良い。
なお、上述した不良や予備軍の検出基準となる電圧値や温度は、蓄電素子の材料や電圧帯に応じて適宜変更することが可能である。
上述したように、不良であると判定された電池が含まれる直列体を切り離すのではなく、当該電池のみを切り離し、他の電池の電圧を昇圧して出力させる。これにより、当該電池が属する直列体を、使用不可能なものとすることなく、他の正常な直列体の補助として利用することができる。その結果、システムとしての容量の著しい低下の防止、新しい電池に交換する工数の削減、残った正常な直列体のレート増大による劣化抑制が可能となり、システム全体の長寿命化を実現することができる。また、一部の電池に不良が生じた場合であっても、システムを停止させることなく、運用を続けることができる。
また、不良であると判定された電池を切り離すことで、当該電池が他の正常な電池へ悪影響を及ぼすことを防止することができる。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１１年５月２５日に出願された日本出願特願２０１１−１１６９５８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (12)

  1. 複数の蓄電池を具備する蓄電装置であって、
    前記複数の蓄電池が互いに直列に接続された直列体を複数並列に接続し、
    前記直列体は、
    前記複数の蓄電池それぞれの両端の電圧値を測定する電圧測定部と、
    前記複数の蓄電池それぞれに対応し、該蓄電池と並列に１次側が接続され、かつ、当該直列体と並列に２次側が接続され、前記１次側から入力される電圧を昇圧して前記２次側へ出力する複数の変圧器と、
    前記電圧測定部が測定した電圧値に基づいて前記蓄電池が不良であるかどうかを判定し、不良であると判定された蓄電池がない場合、前記複数の変圧器を当該直列体から切り離し、前記複数の蓄電池の直列電圧を該直列体の出力電圧として出力させ、また、不良であると判定された蓄電池がある場合、該蓄電池および該蓄電池と接続されている前記変圧器を当該直列体から切り離し、該蓄電池以外の蓄電池の出力電圧を前記変圧器を用いて昇圧させた電圧を該直列体の出力電圧として出力させる制御部とを有する蓄電装置。
  2. 請求項１に記載の蓄電装置において、
    前記直列体は、
    前記蓄電池と直列に接続された第１の放電スイッチと、
    前記複数の変圧器の前記１次側それぞれと直列に接続された複数の第２の放電スイッチとを有し、
    前記制御部は、前記蓄電池の放電時に、不良であると判定された蓄電池がない場合、前記第１の放電スイッチを短絡状態とし、前記複数の第２の放電スイッチすべてを開放状態とし、また、不良であると判定された蓄電池がある場合、前記第１の放電スイッチおよび該不良であると判定された蓄電池と接続されている前記変圧器の前記１次側と接続された前記第２の放電スイッチを開放状態とし、該変圧器以外の変圧器の前記１次側と接続された前記第２の放電スイッチを短絡状態とすることを特徴とする蓄電装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の蓄電装置において、
    前記直列体は、
    前記複数の蓄電池それぞれと並列に接続された複数の充電スイッチを有し、
    前記制御部は、前記蓄電池の充電時に、不良であると判定された蓄電池と接続されている前記充電スイッチを短絡状態とし、それ以外の充電スイッチを開放状態とすることを特徴とする蓄電装置。
  4. 請求項１に記載の蓄電装置において、
    前記変圧器は、双方向で電圧の昇圧または減圧が可能なものであることを特徴とする蓄電装置。
  5. 請求項４に記載の蓄電装置において、
    前記直列体は、
    前記蓄電池と直列に接続された第３の放電スイッチと、
    前記複数の変圧器の前記１次側それぞれと直列に接続された複数の第４の放電スイッチと、
    前記複数の変圧器の前記２次側それぞれと直列に接続された複数の第５の放電スイッチとを有し、
    前記制御部は、不良であると判定された蓄電池がない場合、前記第３の放電スイッチを短絡状態とし、前記複数の第４の放電スイッチおよび前記第５の放電スイッチすべてを開放状態とし、また、不良であると判定された蓄電池がある場合、前記第３の放電スイッチ、該不良であると判定された蓄電池と接続されている前記変圧器の前記１次側および前記２次側とそれぞれ接続された前記第４の放電スイッチおよび前記第５の放電スイッチを開放状態とし、該変圧器以外の変圧器の前記１次側および前記２次側とそれぞれ接続された前記第４の放電スイッチおよび前記第５の放電スイッチを短絡状態とすることを特徴とする蓄電装置。
  6. 請求項１に記載の蓄電装置において、
    前記１次側から入力される電圧に対する前記２次側から出力される電圧の比は、１つの前記直列体に属する前記蓄電池の数であることを特徴とする蓄電装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蓄電装置において、
    前記制御部は、前記電圧測定部が測定した電圧値と、あらかじめ設定された閾値とを比較し、該比較の結果に基づいて、前記不良であるかどうかを判定することを特徴とする蓄電装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蓄電装置において、
    前記制御部は、前記電圧測定部が測定した前記複数の蓄電池の電圧値を互いに比較し、該比較の結果に基づいて、前記不良であるかどうかを判定することを特徴とする蓄電装置。
  9. 請求項３に記載の蓄電装置において、
    前記制御部は、前記蓄電池の充電時に、前記電圧測定部が測定した電圧値に基づいて前記蓄電池が不良予備軍であるかどうかを判定し、不良予備軍であると判定された蓄電池がある場合、不良予備軍であると判定された蓄電池と接続されている前記充電スイッチを短絡状態とし、それ以外の充電スイッチを開放状態とすることを特徴とする蓄電装置。
  10. 請求項９に記載の蓄電装置において、
    前記制御部は、前記電圧測定部が測定した前記複数の蓄電池の電圧値を互いに比較し、該比較の結果に基づいて、前記不良予備軍であるかどうかを判定することを特徴とする蓄電装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の蓄電装置において、
    前記蓄電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする蓄電装置。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の蓄電装置において、
    前記蓄電池のそれぞれが、複数の蓄電池を直列に接続した電池グループであることを特徴とする蓄電装置。
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