JP6314748B2 - 蓄電システムおよび蓄電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池を並列接続する蓄電システムを大容量化する技術に関する。

風力や太陽光等の自然エネルギを用いて発電する自然エネルギ発電装置が各地に設置されるようになってきている。自然エネルギ発電は日照や風況により発電電力が変動するため出力変動が大きく、電力系統への大規模な導入は電力系統の需給アンバランスや周波数変動を生じる要因となる。そのため、自然エネルギ発電装置の発電電力変動を高入出力かつ高入出力量の蓄電システムにより吸収する方法が検討されている。このような蓄電システムは、二次電池等の電池を複数直列接続した直列電池群を構成し、その直列電池群をさらに並列接続することで高入出力化および高入出力量化を実現している。

自然エネルギ発電装置に併設される蓄電システムは、大容量であることを要求されることが多く、膨大な数の電池を備えている。また、このような蓄電システムは、運用期間が１０〜２０年と長期間にわたることから、電池劣化や部品故障が発生したときの運用中の交換作業に備えて、作業のしやすさを勘案した構成を有することが望まれている。

蓄電システム構築時または故障した電池の交換時に想定される作業の阻害要因の一つは、直列電池群の並列接続時に発生する。新設または交換対象の直列電池群は、エネルギを蓄積しており、その充電量に応じて異なる電圧を示す。そのため、仮に直列電池群ごとの電圧が異なっている場合には、それらの直列電池群同士を並列接続した瞬間に、電圧差に比例し、電池や接続部や配線の抵抗に反比例する電流が直列電池群間に発生する。直列電池群間の電圧差が大きい場合には電池や接続部や配線に過大な電流が流れて、蓄電システムを損傷してしまうといった虞がある。

特許文献１には、直列電池群を並列接続した蓄電システムが、直列電池群間に固定の抵抗値を有する抵抗を常に接続しておく構成を備えることにより、直列電池群の間の電圧を均一化することが開示されている。

特開２０１２−２０５４０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の蓄電システムは、直列電池群間に固定の抵抗値を有する抵抗を常に接続した構成としているため、その抵抗値が大きい場合には直列電池群間を流れる電流が小さくなるので、直列電池群間の電圧均一化作業に長い時間を要するという問題がある。
電圧均一化作業の短縮には抵抗値を小さくすれば良い。しかし、抵抗に反比例して電流が増加するため、過大な電流による蓄電システムの損傷を防ぐには並列接続する直列電池群間の電圧差を小さく制限する必要が生じる。従って、電圧差が大きい場合には予め別装置で充放電させ電圧をそろえる必要が生じるため作業時間が長くかかり、作業が煩雑になる課題があった。

そこで、本発明では、過剰な電流を発生させることなく、短時間の電圧均一化作業により直列電池群を接続可能とする技術を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、充放電可能な単電池を複数直列に接続した電池モジュールを１以上直列接続し電流路を開閉するスイッチをさらに直列接続した電池ボックスを有し、前記電池ボックス同士を並列接続する蓄電システムであって、前記スイッチの両端に、外部と電気的に接続できる接続端子と、前記接続端子に着脱可能で、前記スイッチが開状態のときに前記接続端子間に接続されて前記接続端子間の電圧差を所定値以下にする電流調整装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、蓄電システムの容積や重量の増加を抑制し、故障発生頻度を抑制することができる。

第１実施形態の蓄電システムの構成例を示す図である。 第１実施形態の蓄電システムの斜視図の一例を示す図である。 第１の実施例における電流調整装置の機能例を示す図である。 第１の実施例における負荷回路の一例を示す図である。 第２の実施例における負荷回路の一例を示す図である。 第３の実施例における負荷回路の一例を示す図である。 第４の実施例における負荷回路の一例を示す図である。 第１の実施例の変形例における電流調整装置の機能例を示す図である。 蓄電システムの動作フロー例を示す図である。 蓄電システムの動作フローの変形例を示す図である。 第１の実施例における電流変化を示す図である。 第１の実施例における電圧変化を示す図である。 第２の実施例における電流変化を示す図である。 第２の実施例における電圧変化を示す図である。 第３の実施例における電流調整装置の機能例を示す図である。 電池ボックスの変形例の構成例を示す図である。 第２実施形態の蓄電システムの構成例を示す図である。 第２実施形態の蓄電システムの斜視図の一例を示す図である。 第３実施形態の蓄電システムの構成例を示す図である。 第３実施形態の蓄電システムの斜視図の一例を示す図である。

ここで、本発明を実施するための形態（以降、「本実施形態」と称す。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、蓄電システムに使用する電池として、充放電可能で、その充電量に依存して電圧が変化することが知られている二次電池を用いた場合で説明する。なお、二次電池として、例えば、リチウムイオン電池が知られている。

なお、本実施形態では、蓄電システムに設けた、外部と電気的に接続できる接続点の位置の違い別に、それぞれ第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態に分けて、以下に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態の蓄電システムの構成例について、図１を用いて説明する。図１に示す蓄電システム１００は、３台の電池ボックス１０，１１，１２と電流調整装置５０とを備えている。なお、電池ボックスの台数は、３台に限られることはなく、２台以上であればよい。

次に、電池ボックスの構成例について、図１を用いて説明するが、蓄電システム１００の各電池ボックス１０，１１，１２は、いずれも同様の仕様で構成されているので、ここでは電池ボックス１２を代表させて説明する。

電池ボックス１２は、図１では、２個の電池モジュール１および１つのメインスイッチ（スイッチ）２２を直列に接続して構成される。なお、電池モジュール１の直列接続数は、２個に限られることはなく、１個または３個以上であってもよい。また、電池モジュール１は、不図示の２個以上の充放電可能な単電池を直列に接続して構成されている。

電池ボックス１２は、例えば、産業用機器の電源や鉄道の動力源として、６００Ｖ〜１５００Ｖ程度の高電圧の領域で用いられる。
また、メインスイッチ２２は、電池ボックス１２自身の電流路を開閉するためのものであり、その両端には、外部と電気的に接続できる接続端子３２ａ，３２ｂが備えられている。

図１では、電池ボックス１０および電池ボックス１１が並列に接続線４１，４２に接続され、メインスイッチ２０，２１がＯＮ状態となっており、双方の電圧が等しくＶ０となっている。
ここで、新たに、電池ボックス１２を、接続線４１，４２に接続する場合を想定する。この場合、電池ボックス１２は、例えば、故障した電池ボックスの交換部品である場合や、蓄電システム１００の大容量化のために、新たに追加設置される部品である場合に相当する。

いま、電池ボックス１２の電圧がＶ１であり、電池ボックス１０，１１の電圧Ｖ０と異なるものとする。すなわち、Ｖ１≠Ｖ０である。この状態で、仮に電池ボックス１２のメインスイッチ２２をＯＮ状態にしたものとする。このとき、電圧差（Ｖ０−Ｖ１）を、電池ボックス１０，１１内の抵抗を並列接続し、電池ボックス１２内の抵抗および接続線４１，４２の抵抗を直列接続したときの合成抵抗値で除算した値の電流Ｉが発生することになる。なお、本実施例では一部を除きＶ０−Ｖ１＞０、すなわち電池ボックス１０，１１から電池ボックス１２へ電流が流れる場合について記述した。Ｖ０とＶ１の大小関係が逆になっても電流Iの符号が変化するだけで、同一の構成で電圧の均一化は可能である。

並列接続する電池ボックス間の電圧差（Ｖ０−Ｖ１）が大きいと、Ｖ０−Ｖ１に比例して電流が大きくなり、蓄電システム１００内の回路や蓄電デバイス１の異常発熱等によって、蓄電システム１００全体の障害や寿命の短縮が引き起こされる虞がある。したがって、従来技術では互いに並列接続される電池ボックスの電圧が一定範囲内にそろっている必要があり、予め電圧を調整し一定範囲にそろえる作業に時間がかかっていた。本発明では、電流調整装置５０を用いて上記課題を解決する。すなわち、メインスイッチ２２をＯＦＦ状態（開状態）にしたまま、接続端子３２ａ，３２ｂに接続した電流調整装置５０を用いて、電池ボックス１０、１１と電池ボックス１２の間の電流Ｉを制御する。

接続端子３２ａ，３２ｂは、メインスイッチ２２の両端で電気的に隔てられており、電流調整装置５０を接続または取り外しできるようになっている。

次に、蓄電システム１００の斜視図の一例について、図２を用いて説明する（適宜、図１参照）。なお、図２に示した装置と図１に示した装置とが同じ場合には、同じ符号を付している。

図２に示すように、電池ボックス１２は、１つのシャーシ１０１に収容されている。シャーシ１０１は、電池モジュール１を収容するスロットを複数備え、メインスイッチ２２を備えている。シャーシ１０１には、スロットに挿入された電池モジュール１を直列に接続できるように不図示の配線が敷設されており、その配線はさらにメインスイッチ２２を直列に接続できるように敷設されている。また、接続線４１，４２が、メインスイッチ２２の一端および１つの電池モジュール１の直列接続の一端と接続されている。なお、図２は、電池モジュール１の数が１６個直列接続される場合を表しているが、直列接続される電池モジュール１の数は１６個に限られなくともよい。

蓄電システム１００は、電池ボックス１０，１１，１２および電流調整装置５０を有している。そして、図２は、電流調整装置５０が接続端子３２ａ，３２ｂに接続される場面を表している。接続端子３２ａ，３２ｂの位置は、メインスイッチ２２の隣（すぐ近く）に配置されている。メインスイッチ２２の設置位置と接続端子３２ａ，３２ｂの設置位置は、電流調整装置５０の発熱の影響やユーザの作業性を考慮して決めることが好ましい。

電流調整装置５０の接続端は公知の接続用部品を用いることができる。図２は電流調整装置接続端子１１０ａ，１１０ｂと接続端子３２ａ，３２ｂの接続作業の例を示す。なお、接続端子１１０ａ，１１０ｂおよび接続端子３２ａ，３２ｂは、互いに対応し通電させる電流値に適したものであればよく、一体型のコネクタやバナナプラグおよびバナナプラグ用ターミナル等が知られている。

次に、電流調整装置５０の機能例について、図３〜８を用いて説明する。なお、電流調整装置５０の機能例は、電流調整装置５０の有する負荷回路の機能別に、それぞれ第１〜第４の実施例として以下に説明する。
第１の実施例は、電流調整装置５０の負荷回路６１（図３参照）を複数の抵抗で構成した場合を表している（図４参照）。第１の実施例では、スイッチ６７ａがスイッチオフ、抵抗Ｒｌ６７ｂと接続、抵抗Ｒｓ６７ｃと接続の３つの状態を取るように構成される。負荷制御部５２がスイッチ６７ａを切り替えることで電池ボックス間の電流を制御する。第２の実施例は、電流調整装置５０の負荷回路６１を可変抵抗で構成した場合を表している（図５参照）。第２の実施例では、スイッチ６８ａがスイッチオフと可変抵抗６８ｂと接続の２つの状態を取るように構成される。負荷制御部５２がスイッチ６８ａと可変抵抗６８ｂの抵抗値を制御することで電池ボックス間の電流を制御する。第３の実施例は、電流調整装置５０の負荷回路６１ｂ（図１５参照）を極性のある部品を含む直流電子負荷６６で構成した場合を表している（図６参照）。第３の実施例では、負荷制御部５２が極性切替回路６５と直流電子負荷６６を制御することで電池ボックス間の電流を制御する。第４の実施例は、電流調整装置５０の負荷回路６１を充電制御または放電制御を実行する充放電回路で構成した場合を表している（図７参照）。第４の実施例では、負荷制御部５２が充放電回路６９及びスイッチ６９ａを制御することで電池ボックス間の電流を制御する。

（第１の実施例）
第１の実施例における電流調整装置の機能例について、図３を用いて説明する（適宜、図１参照）。なお、第１の実施例の電流調整装置５０の負荷回路６１は、図４の複数の抵抗で構成されている。

電流調整装置５０は、図３に示すように、制御部５１、負荷回路６１と、電圧計６２、電流計６３およびタイマー６４の内の少なくとも一つを備え、これらを用いて取得した電圧、電流、経過時間の少なくとも一つを用いて電流調整作業の進捗を検知することができる。

制御部５１は、機能として、少なくとも、負荷制御部５２、計測部５３、ＳＷ（スイッチ）投入判定部５４を備える。またＳＷ（スイッチ）駆動部５５やＳＷ（スイッチ）投入可否出力部５６を備えていると好ましい。制御部５１は、図示しないマイクロコンピュータ等のＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメインメモリによって構成され、各部（５２、５３、５４、５５、５６）の機能を具現化している。

負荷制御部５２は、新たに接続される電池ボックス１２の電圧が、速く既設の電池ボックス１０，１１の電圧と均一化されるように、負荷回路６１を制御する機能を有する。具体的な制御方法については後記する。

また、計測部５３は、電圧計６２、電流計６３、タイマー６４から、その計測結果を所定の周期で取得する機能を有する。

ＳＷ投入判定部（判定部）５４は、電池ボックス１２の電圧と電池ボックス１０，１１の電圧との電圧差、電流計６３によって測定される電流、タイマー６４によって計測される経過時間のいずれか１つが所定条件を満たすようになったか否かを判定する機能を有する。具体的には、ＳＷ投入判定部５４は、電圧差を用いる場合にはその電圧差と所定の閾値（第１の閾値）とを比較して判定を行い、電流値を用いる場合にはその電流値と所定の閾値（第２の閾値）とを比較して判定を行い、経過時間を用いる場合にはその経過時間と所定の閾値（第３の閾値）とを比較して判定を行う。そして、ＳＷ投入判定部５４は、電圧差が第１の閾値以下となった場合、電流値が第２の閾値以下となった場合、経過時間が第３の閾値を超えた場合のいずれか一つを満足するときに、所定条件を満たすと判定する。

ＳＷ駆動部５５は、ＳＷ投入判定部５４によって電圧差、電流値、経過時間のいずれか１つが所定条件を満たすと判定された場合、メインスイッチ２２をＯＮ状態に駆動する機能を有する。ＳＷ（スイッチ）投入可否出力部５６はメインスイッチ２２のスイッチ投入可否判定結果を例えばランプ等で作業者に伝達する機能を有する。メインスイッチ２２は、図３に示すように、ＳＷ駆動部５５を用いて自動的に投入しても良い。また、図８に示すようにＳＷ駆動部５５を備えない場合には、投入可否出力部５６からスイッチ投入可否判定結果を作業者に伝達して、メインスイッチ２２は、作業者によって手動で投入させるようにしても良い。

負荷回路６１は、少なくとも２つの異なる抵抗値の抵抗およびそれらの抵抗を選択する選択器を有する。負荷回路６１は、負荷制御部５２からの指示に基づいて選択器を制御し、選択器によって選択した抵抗を、接続端子３２ａ，３２ｂに接続する機能を有する。一般的に、接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差が大きい場合には、大きな抵抗値の抵抗が選択されて接続され、電圧差が小さくなるに従いより小さな抵抗値の抵抗が選択されて接続される。以下に抵抗値を決定する方法を記載する。上記大きな抵抗値をＲｌ、小さな抵抗値をＲｓと表記する。また、直列電池群間に流れてよい最大の電流をＩｍａｘ、直列電池群間の電圧差をΔＶ、想定される最大の電圧差をΔＶｍａｘ、直列電池群が有する抵抗をＲとする。ＲｌはΔＶｍａｘ／（Ｒ＋Ｒｌ）＜Ｉｍａｘを満たすように決定される。ＲｓはＲｓ＜Ｒｌを満たす任意の値をとってよいが、ΔＶ／（Ｒ＋Ｒｓ）＜Ｉｍａｘを満たすΔＶとなった場合にＲｓを接続可能である。さらに、ΔＶ／Ｒ＜Ｉｍａｘとなった時メインスイッチ２２を投入可能となる。

電圧計６２は、接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差を計測する機能を有する。

電流計６３は、メインスイッチ２２がＯＦＦ状態であって、接続端子３２ａ，３２ｂに電流調整装置５０の負荷回路６１を接続している場合の電流値を計測する機能を有する。前記したように、Ｒ、Ｒｌ、Ｒｓ、Ｉｍａｘが既知であればΔＶを用いて抵抗を切り替える判定は可能であるが、電池の劣化等によりＲが変化している場合等に電流計６３で取得した電流値を用いて電流値が正常であるかを確認する等に用いることができる。

タイマー６４は、電流調整装置５０が接続端子３２ａ、３２ｂに接続され、安全確認などが完了し実際に通電を開始した時刻からの経過時間を計測する機能を有する。上述したように、Ｒ、Ｒｌ、Ｒｓ、Ｉｍａｘが既知であればΔＶを用いて抵抗を切り替える判定は可能であるが、予め通電時間を設定しておき、所定の時間が経過したら抵抗を切り替えることで演算の簡略化が可能となる。

次に、電流調整装置５０を装着された蓄電システム１００の動作フロー例について、図９を用いて説明する（適宜、図１，３参照）。
この動作フロー例の初期状態は、メインスイッチ２２がＯＦＦ状態の電池ボックス１２が接続線４１，４２に装着され、かつ電流調整装置５０がユーザによって接続端子３２ａ，３２ｂに接続された状態である。ただし、電流調整装置５０の負荷回路６１は、まだ接続端子３２ａ，３２ｂに接続されておらず、電圧計６２だけが接続端子３２ａ，３２ｂに接続されるものとする。なお、前記したように、既設の電池ボックス１０，１１のメインスイッチ２０，２１はＯＮ状態である。
ステップＳ４０１では電池ボックス１２のメインスイッチ２２がＯＦＦ状態であることを確認する。メインスイッチ２２のＯＦＦ状態は自動的に検知させても良いし、作業者が確認しボタン等で入力しても良い。

ステップＳ４０２では、電流調整装置５０の計測部５３は、電圧計６２によって測定された接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差を取得する。この電圧差は、既設の電池ボックス１０，１１の電圧と新設の電池ボックス１２の電圧差（Ｖ０−Ｖ１）である。

ステップＳ４０３では、電流調整装置５０の負荷制御部５２は、電圧差が正常範囲内か否かを判定する。以下に、判定処理の具体例について説明する。なお、負荷回路６１の２つの抵抗の抵抗値をそれぞれＲｌ，Ｒｓ（ただし、Ｒｌ＞Ｒｓ）とする。
電池ボックス１０，１１，１２に流しても問題のない最大の電流値である最大電流値Ｉｍａｘ、電池ボックス１０，１１，１２内の抵抗値および接続線４１，４２の抵抗値の合成抵抗値Ｒは設計時に分かっている。したがって、負荷制御部５２は、抵抗値Ｒｌ＋Ｒと最大電流値Ｉｍａｘとの乗算値Ｖｔｌ＝Ｉｍａｘ×（Ｒｌ＋Ｒ）を算出する。そして、負荷制御部５２は、取得された電圧差が乗算値Ｖｔｌ以下であれば、電圧差が正常範囲内と判定する。仮に、取得された電圧差が乗算値Ｖｔｌより大きい場合には、最大電流値Ｉｍａｘより大きな電流が流れて電池ボックス１０，１１，１２に障害を引き起こす虞があるので、負荷制御部５２は、電圧差が正常範囲内でないと判定する。
電圧差が正常範囲内であると判定した場合（ステップＳ４０３でＹｅｓ）、処理はステップＳ４０４へ進み、電圧差が正常範囲内でないと判定した場合（ステップＳ４０３でＮｏ）、処理は終了する。

ステップＳ４０４では、電流調整装置５０の負荷制御部５２は、負荷回路６１の抵抗値Ｒ１の抵抗を接続端子３２ａ，３２ｂに接続し、通電を開始する。

ステップＳ４０５では、電流調整装置５０の計測部５１は、電圧計６２から接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差を測定する。また、電流計６３を備えている場合には電流値、タイマー６４を備えている場合には経過時間を取得する。そして、電流調整装置５０の負荷制御部５２は、接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差が所定値以下となった場合に、負荷回路６１の抵抗を抵抗値Ｒｓ（ただし、前記したようにＲｓ＜Ｒｌ）へ切り替える。ここで、所定値とは、合成抵抗値Ｒｓ＋Ｒと最大電流値Ｉｍａｘとの乗算値Ｖｔｓ＝Ｉｍａｘ×（Ｒｓ＋Ｒ）である。

ステップＳ４０６では、電流調整装置５０のＳＷ投入判定部５４は、メインスイッチ２２が投入可能か否かを判定する。
具体的には、ＳＷ投入判定部５４は、電圧計６２によって測定された接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差が、電池ボックス１０，１１，１２内の抵抗値および接続線４１，４２の抵抗値によって形成される合成抵抗値Ｒと最大電流値Ｉｍａｘとの乗算値Ｖｔ（第１の閾値、所定値）以下となった場合、メインスイッチ２２を投入可能と判定する。図１１はＶ０＞Ｖ１の場合に電池ボックス１０，１１から電池ボックス１２へ流れる電流を正とした場合の電流変化、図１２は電圧変化である。時刻ｔ（Ｓ４０２）、ｔ（Ｓ４０４）およびｔ（Ｓ４０７）はそれぞれステップＳ４０２、ステップＳ４０４およびステップＳ４０７において電圧差を取得開始、通電開始およびスイッチＯＮされた時刻を示す。また、ＳＷ投入判定部５４は、負荷回路６１の抵抗値Ｒ２の抵抗が接続端子３２ａ，３２ｂに接続されているときに電流計６３によって測定された電流値が、所定値（＝Ｉｍａｘ×Ｒ／（Ｒｓ＋Ｒ）、第２の閾値）以下となった場合、メインスイッチ２２を投入可能と判定できる。また、ＳＷ投入判定部５４は、タイマー６４によって計測された経過時間が、所定時間（第３の閾値）を超えたときに、メインスイッチ２２を投入可能と判定できる。上記の抵抗値は電流調整装置５０の設計により決まる値である。またＩｍａｘ、Ｖ０−Ｖ１の最大値は電池ボックスの設計により決定される。例えばＩｍａｘは電池モジュールや配線、ブレーカやヒューズなどの電流遮断手段の制限の内もっとも小さい電流値に相当する。またＶ０−Ｖ１の最大値は以下の手順で計算することができる。電池は安全性や寿命を考慮して、使用可能な電圧範囲を規定されている。したがって、電池ボックス１２を構成する電池の最高電圧と最低電圧の差に直列電池数を掛けることで求めることができる。これは、すでに設置済みの電池ボックス１０，１１の電池が全て最高電圧、新たに接続する電池ボックス１２の電池が全て最低電圧だった場合に相当する。これらの値を用いることで、所定時間（第３の閾値）は予め計算することができ、判定を簡略化することができる。なお、メインスイッチ２２投入とは、メインスイッチ２２をＯＮ状態にすることである。ここで、抵抗ＲｌからＲｓへの切り替えやメインスイッチ２２の投入は電流がＩｍａｘとなる条件で記載したが、測定誤差等を考慮して電流がＩｍａｘ以下となる条件で設定してよい。

スイッチ投入可能と判定した場合（ステップＳ４０６でＹｅｓ）、処理はステップＳ４０７へ進み、スイッチ投入可能でないと判定した場合（ステップＳ４０６でＮｏ）、処理はステップＳ４０５へ戻る。

ステップＳ４０７では、電流調整装置５０のＳＷ駆動部５５は、メインスイッチ２２をＯＮ状態にする。そして、処理は終了する。なお、メインスイッチ２２がＯＮ状態となった後は、電流調整装置５０は、ユーザによって接続端子３２ａ，３２ｂから離脱される。
また、図１０では、ステップＳ４０７ｂにおいて、ＳＷ投入可否出力部５６がスイッチ投入可否判定結果を出力する場合の処理フロー例を表しているが、この場合には、メインスイッチ２２は、作業者によって手動で投入される。

電流調整装置５０は、投入可否出力部５６を備えて、（１）初期の電圧が正常範囲内か否か（ステップＳ４０３の判定結果表示）、（２）抵抗の切り替えが可能か否か（ステップＳ４０５の抵抗値切り替え表示）、（３）スイッチを投入可能か否か（ステップＳ４０６の判定結果表示）、（４）電流調整装置５０を取り外し可能か否か（ステップＳ４０７のスイッチ投入状態表示）、等の情報を表示できるようにしてもよい。

（第２の実施例）
第２の実施例は、図３に示す電流調整装置５０の負荷回路６１を可変抵抗で構成した場合を表している。したがって、第２の実施例の電流調整装置５０の機能例については図示を省略し、図３を用いて説明する。

ここで、負荷回路６１の可変抵抗の抵抗値をＲｃとして、電池ボックス１０，１１，１２内の抵抗値および接続線４１，４２の抵抗値によって形成される合成抵抗値をＲとする。負荷制御部５２は、電池ボックス間の電流が最大電流Ｉｍａｘとなるように可変抵抗の抵抗値Ｒｃを制御する。図１３はＶ０＞Ｖ１の場合に電池ボックス１０，１１から電池ボックス１２へ流れる電流を正とした場合の電流変化、図１４は電圧変化である。時刻ｔ（Ｓ４０４）およびｔ（Ｓ４０７）はそれぞれ通電開始およびスイッチＯＮされた時刻を示す。このようにすることで、常にＩｍａｘで電圧の均一化作業を実施でき、電池ボックス１０，１１，１２間の電圧の均一化を速やかに終了することができる。ここで、電流がＩｍａｘとなる条件で均一化作業を実施する場合を記載したが、測定誤差等を考慮して電流がＩｍａｘ以下となる条件で設定してよい。

（第３の実施例）
第３の実施例は、図３に示す電流調整装置５０の負荷回路６１を直流電子負荷で構成した場合であり、図１５に示す電流調整装置５０ｂの機能例のように表される。図１５は、第３の実施例における電流調整装置５０ｂの機能例を表している。図１５に示す電流調整装置５０ｂの機能が、図３に示す電流調整装置５０の機能と同じ場合には同じ符号を付している。なお、図１５に示す電流調整装置５０ｂの機能が図３に示す電流調整装置５０の機能と異なる点は、負荷回路６１ｂが直流電子負荷を有し、極性を切り替えるか否かを判定する極性判定部５７を有していることである。このような構成とすることで、事前の極性の確認作業を自動化し接続ミスを防ぐことができる。

電流調整装置５０ｂは、高電圧側と低電圧側とを区別する負荷回路６１ｂを有している。そのため、電流調整装置５０ｂは、接続端子３２ａ，３２ｂ間で測定する電池ボックス１０，１１と電池ボックス１２の電圧差の極性を判定し、接続端子３２ｂが高電圧側の場合には負荷回路６１ｂの高電圧側を接続端子３２ｂへ接続し、低電圧側の接続端子３２ａを負荷回路６１ｂの低電圧側へ接続する機能を有する。

極性判定部５７は、計測部５３から接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差を取得し、その電圧差の極性に応じて、負荷回路６１ｂの極性を合致させるための情報である極性情報を、負荷制御部５２に送信する機能を有する。負荷制御部５２は、受信した極性情報に基づいて、負荷回路６１ｂの極性が合致するように直流電子負荷の接続切り替えを行う。なお、負荷回路６１ｂは、直流電子負荷の極性を合致させるように接続切り替えを行う機能（図６に示す極性切替回路６５）を備えている。

次に、極性切替回路６５の一例について、図６を用いて説明する。
極性切替回路６５は、例えば、接続端子３２ｂに接続する側を２分岐した接続点６５ａ，６５ｃを有し、接続端子３２ａに接続する側には接続点６５ｂを有する。そして、直流電子負荷６６の接続点６５ｄが高電圧側であり、かつ接続端子３２ａが高電圧側である場合、極性切替回路６５の接続点６５ｂと直流電子負荷６６の接続点６５ｄとを接続し、極性切替回路６５の接続点６５ｃと直流電子負荷６６の接続点６５ｅとを接続することによって、極性を合致させることができる。また、図６中の直流電子負荷６６の接続点６５ｄが高電圧側であり、かつ接続端子３２ａが低電圧側である場合、極性切替回路６５の接続点６５ａと直流電子負荷６６の接続点６５ｄとを接続し、極性切替回路６５の接続点６５ｂと直流電子負荷６６の接続点６５ｅとを接続することによって、極性を合致させることができる。なお、接続端子３２ａに接続する側を２分岐するような構成としても構わない。

（第４の実施例）
第４の実施例は、図３に示す電流調整装置５０の負荷回路６１を充放電回路で構成した場合を表している。第４の実施例の機能は、負荷回路６１が充放電回路であること以外は図３に示す第１の実施例の機能と同様であるので、図示を省略する。

負荷制御部５２は、接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差を取得しつつ、負荷回路６１の充放電回路を用いて、最大電流Ｉｍａｘで放電する制御を実行する。第４の実施例は、第３の実施例の場合と異なって、極性を切り替える機能（図６に示す極性切替回路６５）を設ける必要がなく、また、常に最大電流Ｉｍａｘを維持することによって電圧差を短時間で解消できる。ここで、電流がＩｍａｘとなる条件で均一化作業を実施する場合を記載したが、測定誤差等を考慮して電流がＩｍａｘ以下となる条件で設定してよい。このときの電流および電圧変化は図１３および図１４のようになる。

（電池ボックスの変形例）
次に、電池ボックス１２の変形例である電池ボックス１２ａの構成例について、図１６を用いて説明する。図１６に示す電池ボックス１２ａの構成が、図１に示す電池ボックス１２の構成と異なる点は、補助スイッチ１２０を備えていることである。なお、図１６に示す電池ボックス１２ａの構成が、図１に示す電池ボックス１２の構成と同じ場合には、同じ符号を付している。

補助スイッチ１２０は、電流調整装置５０が接続端子３２ａ，３２ｂに接続されていない場合には、ＯＦＦ状態となっている。そして、電流調整装置５０が接続されたときに、補助スイッチ１２０は、ユーザの操作によってＯＮ状態にされる。このことにより、接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差が大きい場合、この接続端子３２ａ，３２ｂに手や作業道具等が接触しても、事故にならないようにすることができる。

以上、第１実施形態の蓄電システム１００は、充放電可能な単電池を複数直列に接続した電池モジュール１をさらに１以上直列接続し電流路を開閉するメインスイッチ２２をさらに直列接続した電池ボックス１２が、他の電池ボックス１０，１１と並列に接続されて構成される。電池ボックス１２は、メインスイッチ２２の両端に、外部と接続できる接続端子３２ａ，３２ｂを備えている。接続端子３２ａ，３２ｂには、電流調整装置５０を接続することによって、新たに接続する電池ボックス１２の電圧と既設の電池ボックス１０，１１の電圧との間の電圧差を低減させることができる。そして、接続端子３２ａ，３２ｂ間の電圧差が所定値以下となった場合、電流調整装置５０は脱離される。したがって、蓄電システム１００は、電流調整装置５０を脱着できるのでその容積や重量の増加を抑制できる。また、蓄電システム１００は、電流調整装置５を独立して備えることによって部品点数を減らすことができるので故障発生頻度を抑制することができる。

なお、第１の実施例から第４の実施例においては、電池ボックス１０，１１，１２間の均一化のために、最大電流Ｉｍａｘを用いる場合について記載したが、実際の電流は最大電流Ｉｍａｘを超えない範囲で任意に設定しても構わない。

また、電流調整装置５０，５０ｂは、蓄電システム１００全体に対して、少なくとも１つあればよく、電池ボックスごとに備えられる必要はない。

また、第２〜第４の実施例の電流調整装置５０，５０ｂを用いた場合の蓄電システム１００の動作フロー例は、図９に示したものと同様であるので、説明を省略する。

（第２実施形態）
第１実施形態ではメインスイッチ２２の両端に外部と接続できる接続端子３２ａ，３２ｂを備えた場合について説明したが、第２実施形態では、電池ボックス１２内の電流路のいずれかの場所に、電流調整装置５０を接続可能にするケースについて説明する。

図１７には、第２実施形態における蓄電システム１００ａの構成例として、電池ボックス１２内の電流路に、電流調整装置５０を接続可能な構成を示した。
図１７に示す電池ボックス１２の構成が、図１に示す電池ボックス１２と異なる点は、電流路にアダプタ７０が挿入されていることである。

アダプタ７０は、サブスイッチ１３２を備え、電池モジュール１間の電流路を開閉することができる。また、アダプタ７０は、サブスイッチ１３２の両端に外部との接続端子３２ａ，３２ｂを備えている。そして、接続端子３２ａ，３２ｂには、電流調整装置５０，５０ｂが接続可能である。アダプタ７０が電流路に挿入されるときには、サブスイッチ１３２はＯＦＦ状態である。

また、第２実施形態の蓄電システム１００ａの斜視図の一例について、図１８を用いて説明する。図１８は、第２実施形態の蓄電システム１００ａの斜視図の一例を表している。
図１８に示すように、アダプタ７０は、シャーシ１０１の前面に配置され、不図示の接続線によって、直列接続された電池モジュール１間に接続される。

なお、電流調整装置５０を接続端子３２ａ，３２ｂに接続したときの蓄電システム１００ａの動作フローは、図９に示す動作フローと同様であり、ステップＳ４０６においてスイッチ（サブスイッチ１３２）投入可能と判定された場合、ステップＳ４０７ではスイッチ（サブスイッチ１３２）がＯＮ状態にされる。なお、メインスイッチ２２はＯＮ状態にされているものとする。

また、新設の電池ボックス１２の電圧と既設の電池ボックス１０，１１の電圧とが均一化されたとき（サブスイッチ１３２がＯＮ状態にされたとき）、アダプタ７０は、シャーシ１０１から脱離されて、短絡線に置き換えられても構わない。

また、第２実施形態の蓄電システム１００ａには、第１実施形態で説明した第１〜第４の実施例および電池ボックス１２の変形例を適用できる。

（第３実施形態）
第２実施形態では電池ボックス１２内の電流路のいずれかの場所に電流調整装置５０を接続可能にするケースについて説明したが、第３実施形態では、既設の電池ボックス１０，１１と新設する電池ボックス１２との間の電流路に、電流調整装置５０を接続可能にするケースについて説明する。

図１９は、第３実施形態における蓄電システム１００ｂの構成例として、新設の電池ボックス１２と既設の電池ボックス１０，１１との間の電流路である接続線４１に、図１７に示したアダプタ７０を接続して、電流調整装置５０を接続可能にした構成を示している。

図１９に示すように、アダプタ７０は、サブスイッチ１３２を備え、接続線４１の電流路を開閉することができる。また、アダプタ７０は、サブスイッチ１３２の両端に外部との接続端子３２ａ，３２ｂを備えている。そして、接続端子３２ａ，３２ｂには、電流調整装置５０が接続可能である。アダプタ７０が接続線４１に挿入されるときには、サブスイッチ１３２はＯＦＦ状態である。

また、第３実施形態の蓄電システム１００ｂの斜視図の一例について、図２０を用いて説明する。図２０は、第３実施形態の蓄電システム１００ｂの斜視図の一例を表している。
図２０に示すように、電池ボックス１２と他の電池ボックス１０，１１との間は、アダプタ７０を挿入された接続線４１で接続される。

なお、電流調整装置５０を接続端子３２ａ，３２ｂに接続したときの蓄電システム１００ｂの処理フローは、図９に示す動作フローと同様であり、ステップＳ４０６においてスイッチ（サブスイッチ１３２）投入可能と判定された場合、ステップＳ４０７ではスイッチ（サブスイッチ１３２）がＯＮ状態にされる。なお、メインスイッチ２２はＯＮ状態にされているものとする。

また、新設の電池ボックス１２の電圧と既設の電池ボックス１０，１１の電圧とが均一化されたとき（サブスイッチ１３２がＯＮ状態にされたとき）、アダプタ７０が挿入された接続線４１の代わりに、アダプタ７０の挿入されていない接続線４１に交換されても構わない。

また、第３実施形態の蓄電システム１００ｂには、第１実施形態で説明した第１〜第４の実施例および電池ボックス１２の変形例を適用できる。

以上、第１実施形態（第２，第３実施形態）の蓄電システム１００（１００ａ，１００ｂ）は、充放電可能な単電池を複数直列に接続した電池モジュール１を１以上直列接続し電流路を開閉するメインスイッチ２２をさらに直列接続した電池ボックス１２を有し、その電池ボックス１２が、他の電池ボックス１０，１１と並列に接続されて構成される。電池ボックス１２のメインスイッチ２２（アダプタ７０のサブスイッチ１３２）の両端に、外部と接続できる接続端子３２ａ，３２ｂを備えている。接続端子３２ａ，３２ｂには、電流調整装置５０を接続することによって、新たに接続する電池ボックス１２の電圧と既設の電池ボックス１０，１１の電圧との間の電圧差を電池ボックス間を流れる電流を制御した状態で低減させ、電圧差が所定の閾値以下となった場合にメインスイッチ２２を投入可能とし、並列接続作業を完了させる。その後、電流調整装置５０は脱離される。
このような構成により蓄電システム１００（１００ａ，１００ｂ）は、並列接続作業時に直列電池群間に過大な電流が発生することを防止可能となり、並列接続する直列電池群間の電圧差を予め小さくするための充放電作業が発生する必要がなくなる。また並列接続作業においても最大電流Ｉｍａｘまたはそれに近い電流値で電池ボックス間の電圧均一化作業を完了させて、接続作業を高速で完了させることが可能となる。

なお、本発明は上記した第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した第１〜第３実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも、説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の変形例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の変形例の構成を加えることも可能である。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。例えば、図９において開始時やＳ４０３でＹｅｓと判定された後に自動的にステップを進行させても良いし、Ｓ４０２で取得した電圧差やＳ４０３の判定結果を出力し、ステップ進行を入力するボタン等を備えて作業者がステップ進行をコントロールしても良い。
また、各蓄電システム１００，１００ａ，１００ｂの各機能等は、それらの一部または全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、制御部５１の各機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、またはＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に置くことができる。
また、接続線４１，４２を含む配線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべてを示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 電池モジュール
１０，１１，１２ 電池ボックス
２０，２１，２２ メインスイッチ（スイッチ）
３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ 接続端子
４１，４２ 接続線
５０，５０ｂ 電流調整装置
５１ 制御部
５２ 負荷制御部
５３ 計測部
５４ ＳＷ投入判定部（判定部）
５５ ＳＷ駆動部（スイッチ駆動部）
５６ ＳＷ投入可否出力部
５７ 極性判定部
６１，６１ｂ 負荷回路
６２ 電圧計
６３ 電流計
６４ タイマー
６５ 極性切替回路
６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ，６５ｅ 接続点
６６ 直流電子負荷
６７ａ スイッチ
６７ｂ，６５ｃ 抵抗
６８ａ スイッチ
６８ｂ 可変抵抗
６９ 充放電回路
６９ａ スイッチ
７０ アダプタ
１００，１００ａ，１００ｂ 蓄電システム
１０１ シャーシ
１１０ａ，１１０ｂ 電流調整装置接続端子
１２０ 補助スイッチ
１３０，１３１，１３２ サブスイッチ（スイッチ）

Claims (12)

1. 充放電可能な単電池を複数直列に接続した電池モジュールを１以上直列接続し電流路を開閉するスイッチをさらに直列接続した電池ボックスを有し、前記電池ボックス同士を並列接続する蓄電システムであって、
   前記スイッチの両端に、外部と電気的に接続できる接続端子と、
   前記接続端子に着脱可能で、前記スイッチが開状態のときに前記接続端子間に接続されて前記接続端子間の電圧差を所定値以下にする電流調整装置と、
   を備えることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記電流調整装置は、抵抗値の異なる２つ以上の抵抗を切り替えられる負荷回路、可変抵抗を有する負荷回路、極性のある部品を含む直流電子負荷を有する負荷回路、充電制御または放電制御を実行する充放電回路を有する負荷回路のいずれか１つを含み、前記負荷回路を前記接続端子に接続する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記電流調整装置は、電圧計を備えている場合には前記接続端子間の電圧差を用いて、前記スイッチを閉状態にするか否かの判定を行う判定部
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記電流調整装置は、電流計を備えている場合には前記接続端子における電流値を用いて、前記スイッチを閉状態にするか否かの判定を行う判定部
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
5. 前記電流調整装置は、タイマーを備えている場合には前記電流調整装置が前記接続端子に接続されたときからの経過時間を用いて、前記スイッチを閉状態にするか否かの判定を行う判定部
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
6. 前記電流調整装置は、極性のある部品を含む直流電子負荷を有する負荷回路を含み、かつ前記電圧計を備えている場合、前記スイッチが開状態のときに前記接続端子間の電圧の極性を判定する極性判定部と、前記極性判定部の判定結果に応じて前記直流電子負荷の極性と前記接続端子の極性とを合致させる制御を実行する負荷制御部と
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
7. 充放電可能な単電池を複数直列に接続した電池モジュールを１以上直列接続し電流路を開閉するスイッチをさらに直列接続した電池ボックスを有し、前記電池ボックス同士を並列接続する蓄電システムの蓄電制御方法であって、
   前記電池ボックスは、前記スイッチの両端に、電流調整装置を着脱可能な接続端子を備えており、
   前記電流調整装置は、
   前記接続端子に接続され、かつ前記スイッチが開状態であるとき、前記接続端子間の電圧差を取得し、取得した前記電圧差が所定の範囲内か否かを判定し、前記所定の範囲内と判定した場合、自身に備える負荷回路を前記接続端子に接続して通電する
   ことを特徴とする蓄電制御方法。
8. 前記電流調整装置は、抵抗値の異なる２つ以上の抵抗を切り替えられる負荷回路、可変抵抗を有する負荷回路、極性のある部品を含む直流電子負荷を有する負荷回路、充電制御または放電制御を実行する充放電回路を有する負荷回路のいずれか１つを含んでおり、前記負荷回路に通電後、前記負荷回路に流れる電流値を許容される最大電流値以下で制御する
   ことを特徴とする請求項７に記載の蓄電制御方法。
9. 前記電流調整装置は、電圧計を備えている場合には前記接続端子間の電圧差を用いて、前記スイッチを閉状態にするか否かの判定を行う
   ことを特徴とする請求項８に記載の蓄電制御方法。
10. 前記電流調整装置は、電流計を備えている場合には前記接続端子における電流値を用いて、前記スイッチを閉状態にするか否かの判定を行う
    ことを特徴とする請求項８に記載の蓄電制御方法。
11. 前記電流調整装置は、タイマーを備えている場合には前記電流調整装置が前記接続端子に接続されたときからの経過時間を用いて、前記スイッチを閉状態にするか否かの判定を行う
    ことを特徴とする請求項８に記載の蓄電制御方法。
12. 前記電流調整装置は、極性のある部品を含む直流電子負荷を有する負荷回路を含み、かつ前記電圧計を備えている場合、前記スイッチが開状態のときに前記接続端子間の電圧の極性を判定し、その判定結果に応じて前記直流電子負荷の極性と前記接続端子の極性とを合致させる制御を実行する
    ことを特徴とする請求項９に記載の蓄電制御方法。

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