JP7004524B2 - 組電池制御システムおよび組電池制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、二次電池が複数直列に接続された組電池が負荷に対して複数並列に接続され、各組電池の充放電を制御する組電池制御システムおよび組電池制御方法に関する。

例えば、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高い、自己放電量が少ない、などという利点を有し、自動車用蓄電池や電気・電子機器用蓄電池などとして広く使用されている。また、使用目的に応じた電圧を得るために、リリチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池を構成し、使用する場合がある。このようにして組電池として使用する場合、充電時において各リチウムイオン二次電池の充電状態にバラツキが生じる場合がある。すなわち、一部のリチウムイオン二次電池の充電電圧が高く過充電状態となり、他の一部のリチウムイオン二次電池の充電電圧が低くなる場合がある。一方、リチウムイオン二次電池は、過充電状態の継続、進行などによって異常発熱が生じ、さらには、電解液が有機溶剤であるために発火事故が発生するおそれがある。

このため、リチウムイオン二次電池を組電池として使用する場合に、バラツキをなくして各リチウムイオン二次電池を適正に充電するために、各リチウムイオン二次電池にバランス回路を設けた技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、充電時にあるリチウムイオン二次電池の電圧が所定電圧以上の場合、このリチウムイオン二次電池に対応するバランス回路によってこのリチウムイオン二次電池を放電させ、充電電圧を下げることでリチウムイオン二次電池の過充電を防止する、というものである。

特開２００２－０６４９４７号公報

ところで、リチウムイオン二次電池は、一般に鉛電池などと比べて容量が小さいため、使用目的に応じた大きな容量を得るためには、並列に接続して使用しなければならない場合がある。すなわち、使用目的に応じた電圧と容量を得るには、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続した組電池を、複数並列に接続して使用しなければならない場合がある。例えば、商用電源が停電した場合のバックアップ電源として使用する場合、組電池を負荷に対して複数並列に接続し、平常時に商用電源から負荷と全組電池に電力を供給し、停電時に全組電池を放電させて負荷に電力を供給する。

一方、リチウムイオン二次電池は、常時充電するよりも常時充電しない方が、過充電を防止などして電池を保護することができ、かつ、電池寿命が向上すると考えられる。また、組電池間での充電状態のバラツキや、組電池内でのリチウムイオン二次電池間の充電状態のバラツキなどが生じる場合があり、このようなバラツキなどに応じて適正な組電池を充放電させることが望ましい。

そこでこの発明は、バックアップ電源としての組電池が負荷に対して複数並列に接続されている場合に、各組電池を適正に充放電することが可能な組電池制御システムおよび組電池制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、二次電池が複数直列に接続された組電池が負荷に対して複数並列に接続され、商用電源から前記負荷に電力が供給されない場合に、前記組電池を放電させて前記負荷に電力を供給する組電池制御システムであって、前記各組電池を充電する充電手段と、前記各組電池の充放電を制御する制御手段と、を備え、一部の前記組電池をスタンバイ組電池とし、他の前記組電池を非スタンバイ組電池とし、前記制御手段は、平常時には、前記スタンバイ組電池を前記充電手段で充電するとともに前記負荷に接続して常に放電可能な状態とし、前記非スタンバイ組電池を非充電状態にするとともに前記負荷から切り離し、前記スタンバイ組電池から前記負荷への放電が開始されると、少なくとも一部の前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる、ことを特徴とする。

この発明によれば、平常時（フロート充電時）には、スタンバイ組電池が充電手段で充電されるとともに負荷に接続されて常に放電可能な状態となり、非スタンバイ組電池が非充電状態となる。また、商用電源から負荷に電力が供給されない場合に、スタンバイ組電池から負荷への放電が開始されるとともに、少なくとも一部の非スタンバイ組電池から負荷への放電が開始される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の組電池制御システムにおいて、前記各組電池の電圧および前記各二次電池の電圧の少なくとも一方を測定する電圧測定手段を備え、前記制御手段は、前記電圧測定手段の測定結果に基づいて前記スタンバイ組電池と前記非スタンバイ組電池を選定して入れ替える、ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明は、前記各組電池の電圧および前記各二次電池の電圧の少なくとも一方を測定する電圧測定手段を備え、前記制御手段は、前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる際に、前記電圧測定手段の測定結果に基づいて、全ての前記二次電池が正常な前記非スタンバイ組電池を放電させる前記非スタンバイ組電池として選定する、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の組電池制御システムにおいて、前記制御手段は、前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる際に、前記負荷への放電電流に基づいて放電させる前記非スタンバイ組電池を選定する、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載の組電池制御システムにおいて、前記複数の組電池には特性が異なる組電池が含まれ、前記制御手段は、前記各組電池の特性に基づいて前記スタンバイ組電池と前記非スタンバイ組電池を選定する、ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４に記載の組電池制御システムにおいて、前記制御手段は、前記商用電源の料金体系に基づいて前記スタンバイ組電池の数を設定する、ことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、二次電池が複数直列に接続された組電池が負荷に対して複数並列に接続され、商用電源から前記負荷に電力が供給されない場合に、前記組電池を放電させて前記負荷に電力を供給する組電池制御方法であって、一部の前記組電池をスタンバイ組電池とし、他の前記組電池を非スタンバイ組電池とし、平常時には、前記スタンバイ組電池を充電するとともに前記負荷に接続して常に放電可能な状態とし、前記非スタンバイ組電池を非充電状態にするとともに前記負荷から切り離し、前記スタンバイ組電池から前記負荷への放電が開始されると、少なくとも一部の前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる、ことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の組電池制御方法において、前記各組電池の電圧および前記各二次電池の電圧の少なくとも一方を測定し、この測定結果に基づいて前記スタンバイ組電池と前記非スタンバイ組電池を選定して入れ替える、ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明は、前記各組電池の電圧および前記各二次電池の電圧の少なくとも一方を測定し、前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる際に、前記測定の結果に基づいて、全ての前記二次電池が正常な前記非スタンバイ組電池を放電させる前記非スタンバイ組電池として選定する、ことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の組電池制御方法において、前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる際に、前記負荷への放電電流に基づいて放電させる前記非スタンバイ組電池を選定する、ことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６から８に記載の組電池制御方法において、前記複数の組電池には特性が異なる組電池が含まれ、前記各組電池の特性に基づいて前記スタンバイ組電池と前記非スタンバイ組電池を選定する、ことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項６から９に記載の組電池制御方法において、前記商用電源の料金体系に基づいて前記スタンバイ組電池の数を設定する、ことを特徴とする。

請求項１および６に記載の発明によれば、平常時（フロート充電時）には、スタンバイ組電池のみが充電されて非スタンバイ組電池は非充電状態となるため、非スタンバイ組電池を保護することや電池寿命を向上させることが可能となる。また、非スタンバイ組電池とする組電池を替えることで、すべての組電池を保護することや電池寿命を向上させることが可能となる。一方、スタンバイ組電池が負荷に接続されて常に放電可能な状態のため、商用電源から負荷への電力供給が停止しても、瞬断することなくスタンバイ組電池から負荷に電力が供給される。さらに、スタンバイ組電池のみからではなく少なくとも一部の非スタンバイ組電池から負荷に電力が供給されるため、より多くの電力を供給して長時間適正にバックアップすることが可能となる。このように、各組電池を適正に充放電することが可能となる。

また、平常時にはスタンバイ組電池のみが充電され、全組電池を充電する場合に比べて充電手段に接続されている組電池数が少ないため、組電池の内部インピーダンスが大きくなる。この結果、短絡電流が小さくなり、耐短絡電流性を低くすることが可能となる。さらに、非スタンバイ組電池は負荷から切り離されて非充電状態のため、組電池全体の開放電圧や各二次電池の開放電圧を測定して、電池状態を適正に把握することが可能となる。

請求項２および７に記載の発明によれば、各組電池や各二次電池の電圧に基づいてスタンバイ組電池と非スタンバイ組電池が選定されて入れ替えられるため、各組電池を適正に充放電することが可能となる。例えば、非スタンバイ組電池の中で開放電圧（充電していない状態での電圧）が最も低いものをスタンバイ組電池とし、所定の充電を行った後に、残りの非スタンバイ組電池の中で開放電圧が最も低いものをスタンバイ組電池とするとともに、先のスタンバイ組電池を非スタンバイ組電池とする。あるいは、スタンバイ組電池の中で充電電圧が所定値以上の二次電池がある場合に、この組電池を非スタンバイ組電池とし、他の非スタンバイ組電池の中で開放電圧が最も低いものをスタンバイ組電池とする。このように、開放電圧が低い非スタンバイ組電池を優先的に順次充電したり、過充電が生じるおそれがあるスタンバイ組電池の充電を終了したりすることで、全組電池を適正に充電することが可能となり、その結果、適正な容量、特性を確保して適正に放電することが可能となる。また、例えば、全二次電池の電圧が適正な組電池をスタンバイ組電池に常に含むようにすることで、バックアップの初期に適正に放電して適正にバックアップすることが可能となる。

請求項１および６に記載の発明によれば、非スタンバイ組電池から負荷への放電を開始させる際に、各非スタンバイ組電池や各二次電池の電圧に基づいて、全ての二次電池が正常な非スタンバイ組電池が放電させる非スタンバイ組電池として選定されるため、各非スタンバイ組電池を適正に放電することが可能となる。例えば、過放電や過充電、あるいは短絡のおそれがある二次電池を含む非スタンバイ組電池を放電させないことで、適正、正常な非スタンバイ組電池のみを放電させて適正にバックアップすることが可能となる。

請求項３および８に記載の発明によれば、非スタンバイ組電池から負荷への放電を開始させる際に、負荷への放電電流に基づいて放電させる非スタンバイ組電池が選定されるため、各非スタンバイ組電池を適正に放電することが可能となる。例えば、放電電流の大きさに見合った容量の非スタンバイ組電池のみを放電させることで、他の非スタンバイ組電池を無駄に放電させることなく、次のバックアップに適正に備えることが可能となる。また、例えば、放電電流が所定値以上の大電流の場合に、大電流放電に適した非スタンバイ組電池を放電させることで、適正にバックアップすることができるとともに、小電流放電に適した非スタンバイ組電池を放電させることによる劣化、損傷を防止することが可能となる。

請求項４および９に記載の発明によれば、各組電池の特性に基づいてスタンバイ組電池と非スタンバイ組電池が選定されるため、各組電池を適正に充放電することが可能となる。例えば、使用年数が長く劣化傾向のおそれがある組電池がある場合に、この組電池をスタンバイ組電池とする場合には、使用年数が短く特性が良好な組電池もスタンバイ組電池とすることで、バックアップの初期に適正に放電して適正にバックアップすることが可能となる。また、例えば、バックアップの初期に負荷に大電流を供給する必要がある場合に、大電流放電に適した組電池をスタンバイ組電池に含めるようにすることで、適正にバックアップすることができる。さらに、例えば、自己放電が大きい組電池を優先的にスタンバイ組電池とすることで、この組電池を適正に充電することが可能となる。

請求項５および１０に記載の発明によれば、商用電源の料金体系に基づいてスタンバイ組電池の数が設定されるため、低コストで効率的に各組電池を充電することが可能となる。例えば、電力料金が安い時間帯にスタンバイ組電池の数を多く設定し、電力料金が高い時間帯にスタンバイ組電池の数を少なく設定することで、低コストで効率的に各組電池を充電することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る組電池制御システムを示す概略構成図である。 図１の組電池制御システムのコントローラを示す概略構成ブロック図である。 図２のコントローラの充電タスクのフローチャートである。 図２のコントローラの放電タスクのフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る組電池制御システムを示す概略構成図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

「実施の形態１」
図１は、この実施の形態に係る組電池制御システム１を示す概略構成図である。この組電池制御システム１は、二次電池２が複数直列に接続された組電池２０_１～２０_ｎが負荷１０２に対して複数（ｎ組）並列に接続され、商用電源１００から負荷１０２に電力が供給されない場合に、組電池２０_１～２０_ｎを放電させて負荷１０２に電力を供給するシステムである。ここで、この実施の形態では、二次電池２がリチウムイオンセル２の場合について説明する。また、複数の組電池２０_１～２０_ｎには、特性が互いに異なる組電池が含まれているものとする。すなわち、組電池２０_１～２０_ｎには、容量が異なる組電池、使用年数が異なる組電池、大電流放電または小電流放電に適した組電池、自己放電が大きいまたは小さい組電池などが混在して配設されているものとする。

商用電源１００は、整流器（交流直流変換器）１０１を介して負荷１０２および各組電池２０_１～２０_ｎに電力供給可能に接続されている。すなわち、商用電源１００からの電力が整流器１０１によって整流（直流変換）されて、負荷１０２に供給されるとともに、各充放電スイッチ４を介して各組電池２０_１～２０_ｎに供給され、各組電池２０_１～２０_ｎを充電するようになっている。このように、この実施の形態では、商用電源１００と整流器１０１とで、各組電池２０_１～２０_ｎを充電する充電手段が構成されている。

ここで、充放電スイッチ４は、各組電池２０_１～２０_ｎに設けられ、組電池２０_１～２０_ｎを商用電源１００および負荷１０２に対して接続または切り離す接離手段であり、後述するようにコントローラ（制御手段）５によって開閉制御される。そして、平常時には、商用電源１００からの電力が負荷１０２に供給されるとともに、充放電スイッチ４がオンの組電池２０_１～２０_ｎに供給されてこの組電池２０_１～２０_ｎが充電される。一方、商用電源１００からの電力供給が停止すると、充放電スイッチ４がオンの組電池２０_１～２０_ｎが放電して負荷１０２に電力が供給される。

符号３１は、リチウムイオンセル２の電圧を測定するセル電圧計（電圧測定手段）であり、各リチウムイオンセル２に対して配設されている。同様に、符号３２は、組電池２０_１～２０_ｎの総電圧を測定する組電池電圧計（電圧測定手段）であり、各組電池２０_１～２０_ｎに対して配設されている。また、符号３３は、組電池２０_１～２０_ｎへの充電電流および組電池２０_１～２０_ｎからの放電電流を測定する組電池電流計（電流測定手段）であり、各組電池２０_１～２０_ｎに対して配設されている。これらの各セル電圧計３１、各組電池電圧計３２、各組電池電流計３３および各充放電スイッチ４は、データ伝送自在にコントローラ５に接続され、各セル電圧計３１、各組電池電圧計３２および各組電池電流計３３の測定結果は、リアルタイムにコントローラ５に送信されるようになっている。

コントローラ５は、各組電池２０_１～２０_ｎの充放電を制御する制御装置であり、図２に示すように、主として、記憶部５１と、監視部５２と、制御部５３と、充電タスク５４と、放電タスク５５と、これらを制御などする中央処理部５６と、を備える。記憶部５１は、各種情報、データを記憶するメモリであり、例えば、各セル電圧計３１、各組電池電圧計３２および各組電池電流計３３から受信した測定結果を時系列的に記憶したり、負荷１０２の負荷電流を記憶したりする。また、各組電池２０_１～２０_ｎの特性（容量、製造年月、大電流放電の適否、自己放電特性など）と、契約している料金体系が記憶されている。

監視部５２は、各組電池２０_１～２０_ｎおよび各リチウムイオンセル２の状態を監視し、異常と判断すると警報を発するものである。すなわち、記憶部５１に記憶された測定結果に基づいて、各組電池２０_１～２０_ｎおよび各リチウムイオンセル２の状態を常時監視し、異常を発見した場合、例えば、短絡や過放電のおそれがあるリチウムイオンセル２を発見した場合に、警報音を発したりディスプレイ（図示せず）に表示したりする。

制御部５３は、各充放電スイッチ４に制御信号を送って、各充放電スイッチ４を開閉制御するものである。この制御部５３は、充電タスク５４および放電タスク５５のプログラム処理に従って、各充放電スイッチ４に制御信号を送信する。

充電タスク５４は、各組電池２０_１～２０_ｎを充電制御するためのタスク、プログラムであり、放電タスク５５は、各組電池２０_１～２０_ｎを放電制御するためのタスク、プログラムである。このタスク５４、５５は、一部の組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａとし、他の組電池２０_１～２０_ｎを非スタンバイ組電池２Ｂとし、平常時（フロート充電時）には、スタンバイ組電池２Ａを商用電源１００で充電するとともに負荷１０２に接続して常に放電可能な状態とし、非スタンバイ組電池２Ｂを商用電源１００から切り離して非充電状態とする。一方、スタンバイ組電池２Ａから負荷１０２への放電が開始されると、少なくとも一部の非スタンバイ組電池２Ｂから負荷１０２への放電を開始させる。

具体的に、充電タスク５４は、図３に示すように、まず、組電池２０_１～２０_ｎのなかからスタンバイ組電池２Ａを選定する（ステップＳ１）。すなわち、商用電源１００で充電して、負荷１０２に対して常に放電可能な状態とするスタンバイ組電池２Ａを選定し、これ以外の組電池２０_１～２０_ｎを非スタンバイ組電池２Ｂとする。この際、少なくとも１つのスタンバイ組電池２Ａを選定し、各組電池２０_１～２０_ｎの総電圧や各リチウムイオンセル２の電圧、各組電池２０_１～２０_ｎの特性、負荷１０２の負荷電流、商用電源の料金体系などに基づいて選定する。

電圧に基づく場合、例えば、現在のスタンバイ組電池２Ａのなかで、満充電（所定の総電圧、セル電圧）に達していない組電池２０_１～２０_ｎを継続してスタンバイ組電池２Ａとする。また、非スタンバイ組電池２Ｂのなかで、開放電圧（充電していない状態での総電圧、セル電圧）が最も低い組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａとする。あるいは、非スタンバイ組電池２Ｂのなかで、開放電圧が所定値よりも低い組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａとする。一方、過充電のおそれがある（電圧が異常に高い）リチウムイオンセル２を有する組電池２０_１～２０_ｎは、スタンバイ組電池２Ａとせずに非スタンバイ組電池２Ｂとする。

組電池２０_１～２０_ｎの特性に基づく場合、例えば、使用年数が長く劣化傾向のおそれがある組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａとする場合には、使用年数が短く特性が良好な組電池２０_１～２０_ｎもスタンバイ組電池２Ａに選定する。また、バックアップ時に負荷１００に大電流を供給する必要がある場合に、大電流放電に適した組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａに含める。さらに、自己放電が大きい組電池２０_１～２０_ｎを優先的にスタンバイ組電池２Ａとする。換言すると、このようにして、各組電池２０_１～２０_ｎの特性に基づいて、スタンバイ組電池２Ａと非スタンバイ組電池２Ｂを選定する。

負荷１０２の負荷電流に基づく場合、例えば、負荷１０２の負荷電流が所定値以上の場合、商用電源１００からの電力供給が停止した直後（バックアップ初期）に適正にバックアップできるように、スタンバイ組電池２Ａの数を設定する。すなわち、バックアップ初期に適正にバックアップできるだけの電池容量が確保されるように、複数の組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａに選定する。このように、複数の組電池２０_１～２０_ｎを選定する場合、全リチウムイオンセル２の電圧が適正な組電池２０_１～２０_ｎを必ず含むようにしてもよい。

商用電源の料金体系に基づく場合、例えば、電力料金が安い時間帯（例えば、夜間）に多くの組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａに選定し、電力料金が高い時間帯（例えば、昼間）にスタンバイ組電池２Ａの数を少なくする。さらに、その他に基づくものとして、バックアップ放電後の充電に際しては、多くの組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａに選定し、放電した組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａに含める。また、これらの選定要因（電圧、特性、負荷電流など）が複数関係する場合には、各選定要因に優先度を付けたり、重み付けをしたりしてスタンバイ組電池２Ａを選定する。ここで、図１では、組電池２０_１がスタンバイ組電池２Ａで、組電池２０_２～２０_ｎが非スタンバイ組電池２Ｂである場合を図示している。

次に、選定したスタンバイ組電池２Ａを充電して、負荷１０２に対して常に放電可能な状態とする（ステップＳ２）。すなわち、スタンバイ組電池２Ａとして選定した組電池２０_１～２０_ｎの充放電スイッチ４にオン信号を送り、この充放電スイッチ４をオン（閉）させる。

続いて、非スタンバイ組電池２Ｂを商用電源１００および負荷１０２から切り離して非充電状態とする。（ステップＳ３）。すなわち、スタンバイ組電池２Ａとして選定した以外の組電池２０_１～２０_ｎである非スタンバイ組電池２Ｂの充放電スイッチ４にオフ信号を送り、この充放電スイッチ４をオフ（開）させる。

次に、スタンバイ組電池２Ａと非スタンバイ組電池２Ｂの入れ替えが必要か否かを常時、定期的に判断する（ステップＳ４）。すなわち、スタンバイ組電池２Ａとなっている組電池２０_１～２０_ｎを非スタンバイ組電池２Ｂに変更する必要があるか、非スタンバイ組電池２Ｂとなっている組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａに変更する必要があるかを、各組電池２０_１～２０_ｎの総電圧や各リチウムイオンセル２の電圧などに基づいて判断する。

例えば、スタンバイ組電池２Ａのなかで、満充電（所定の総電圧、セル電圧）に達している組電池２０_１～２０_ｎがある場合、入れ替え要と判断する。また、非スタンバイ組電池２Ｂのなかで開放電圧（総電圧、セル電圧）が所定値よりも低い組電池２０_１～２０_ｎがある場合、入れ替え要と判断する。さらに、スタンバイ組電池２Ａのなかで過充電のおそれがあるリチウムイオンセル２がある場合に、このリチウムイオンセル２を含む組電池２０_１～２０_ｎを入れ替え要と判断する。これらに加えて、所定時間ごとに入れ替え要と判断する。

そして、入れ替え要と判断すると、ステップＳ１に進み上記のようにして、組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａと非スタンバイ組電池２Ｂに分ける。このように、各組電池２０_１～２０_ｎや各リチウムイオンセル２の電圧に変化が生じたり、所定時間が経過するごとに、スタンバイ組電池２Ａと非スタンバイ組電池２Ｂを選定し、選定が変わると入れ替えが行われる。

放電タスク５５は、スタンバイ組電池２Ａから負荷１０２への放電が開始されると起動される。すなわち、スタンバイ組電池２Ａから負荷１０２への放電電流が組電池電流計３３で検知されると起動され、図４に示すように、まず、非スタンバイ組電池２Ｂのなかから放電させる少なくとも１つの組電池２０_１～２０_ｎを選定する（ステップＳ１１）。この際、各組電池２０_１～２０_ｎの総電圧や各リチウムイオンセル２の電圧、負荷１０２への放電電流などに基づいて、放電させる非スタンバイ組電池２Ｂを選定する。

電圧に基づく場合、例えば、過放電や過充電、あるいは短絡などの異常のおそれがあるリチウムイオンセル２を含む組電池２０_１～２０_ｎをできるだけ選定しない。つまり、全リチウムイオンセル２が正常な組電池２０_１～２０_ｎを優先的に選定し、このような組電池２０_１～２０_ｎがない（すべて放電中の）場合に、異常のおそれがあるリチウムイオンセル２を含む組電池２０_１～２０_ｎを選定する。

負荷１０２への放電電流に基づく場合、例えば、放電電流の大きさに見合った容量の組電池２０_１～２０_ｎを選定する。すなわち、放電電流値と想定される必要バックアップ時間とから、必要な放電容量を算出し、既に放電している組電池２０_１～２０_ｎと合わせた容量がこの算出値を満たす組電池２０_１～２０_ｎを選定する。また、放電電流が所定値以上の大電流の場合に、大電流放電に適した組電池２０_１～２０_ｎを選定する。ここで、負荷１０２への放電電流は、組電池電流計３３で測定された放電電流（実測値）であってもよいし、記憶部５１に記憶された負荷電流（設計値）であってもよいが、変化、変動する場合には実測値とする。

また、このような電圧や放電電流に基づかずに、順次選定するようにしてもよい。例えば、すべての組電池２０_１～２０_ｎが順次均等に放電するように選定してもよい。あるいは、一義的にすべての非スタンバイ組電池２Ｂを選定してもよい。

次に、選定した非スタンバイ組電池２Ｂを放電させる（ステップＳ１２）。すなわち、選定した組電池２０_１～２０_ｎの充放電スイッチ４にオン信号を送り、この充放電スイッチ４をオン（閉）させる。

次に、放電中の組電池２０_１～２０_ｎの放電を停止させる必要があるか否かを常時（定期的に）判断する（ステップＳ１３）。すなわち、組電池２０_１～２０_ｎの総電圧が所定の電圧まで下がった場合に、この組電池２０_１～２０_ｎの放電を停止させると判断する。同様に、いずれかのリチウムイオンセル２の電圧が所定の電圧まで下がった場合に、このリチウムイオンセル２を含む組電池２０_１～２０_ｎの放電を停止させると判断する。そして、このような組電池２０_１～２０_ｎの放電を停止させる（ステップＳ１４）。すなわち、これらの組電池２０_１～２０_ｎの充放電スイッチ４にオフ信号を送り、この充放電スイッチ４をオフ（開）させる。

続いて、放電していない非スタンバイ組電池２Ｂが残っている場合に、この非スタンバイ組電池２Ｂの放電を要するか否かを常時（定期的に）判断する（ステップＳ１５）。すなわち、ステップＳ１４で放電中の非スタンバイ組電池２Ｂを放電停止させた場合や、放電中の非スタンバイ組電池２Ｂの残容量が少なくなった（電圧が所定値より低くなった）場合など、負荷１０２への電力供給を継続するのに放電中の非スタンバイ組電池２Ｂのみでは足りない場合に、追加の非スタンバイ組電池２Ｂの放電を要すると判断する。

そして、要すると判断した場合には、放電していない非スタンバイ組電池２Ｂの少なくとも１つを放電させる（ステップＳ１６）。この際、放電していないすべての非スタンバイ組電池２を放電させてもよいし、ステップＳ１１のように、各組電池２０_１～２０_ｎ等の電圧や負荷１０２への放電電流などに基づいて、非スタンバイ組電池２を選定して放電させてもよい。

次に、バックアップが終了したか否か、つまり、組電池２０_１～２０_ｎの放電を終了してもよいか否かを判断する（ステップＳ１７）。具体的には、商用電源１００から負荷１０２および組電池２０_１～２０_ｎへの電力供給が再開（復旧）して、いずれかの組電池２０_１～２０_ｎの組電池電流計３３によって組電池２０_１～２０_ｎへの充電電流が検知された場合に、バックアップが終了したと判断する。そして、終了した場合には、充電タスク５４に移り各組電池２０_１～２０_ｎが充電され（ステップＳ１８）、終了しない場合には、ステップＳ１３に戻って処理を繰り返す。

次に、このような構成の組電池制御システム１の作用および、この組電池制御システム１による組電池制御方法などについて説明する。

まず、平常時（フロート充電時）には充電タスク５４が起動され、上記のようにして選定されたスタンバイ組電池２Ａが、商用電源１００で充電されるとともに負荷１０２に接続されて常に放電可能な状態となり、非スタンバイ組電池２Ｂは商用電源１００から切り離されて非充電状態となる。また、時間の経過に伴ってスタンバイ組電池２Ａと非スタンバイ組電池２Ｂとが入れ替えられ、各組電池２０_１～２０_ｎが順次充電される。例えば、最初に組電池２０_１がスタンバイ組電池２Ａで他の組電池２０_２～２０_ｎが非スタンバイ組電池２Ｂとなり、その後、組電池２０_２がスタンバイ組電池２Ａで他の組電池２０_１、２０_３～２０_ｎが非スタンバイ組電池２Ｂとなる。

一方、商用電源１００からの電力供給が停止（停電）すると、スタンバイ組電池２Ａから負荷１０２への放電が瞬時に無瞬断で開始される。これと同時に、放電タスク５５が起動され、上記のようにして選定された非スタンバイ組電池２Ｂから負荷１０２への放電が開始される。このように、スタンバイ組電池２Ａの放電とほぼ同時に非スタンバイ組電池２Ｂの放電も開始される。また、必要に応じて他の非スタンバイ組電池２Ｂも順次放電される。例えば、最初にスタンバイ組電池２Ａである組電池２０_１と非スタンバイ組電池２Ｂである組電池２０_２が放電し、その後、他の非スタンバイ組電池２Ｂである組電池２０_３が放電する。そして、商用電源１０２からの電力供給が再開すると、充電タスク５４が起動されて各組電池２０_１～２０_ｎが充電されるものである。

以上のように、この組電池制御システム１および組電池制御方法によれば、平常時（フロート充電時）には、スタンバイ組電池２Ａのみが充電されて非スタンバイ組電池２Ｂは非充電状態となるため、非スタンバイ組電池２Ｂを保護することや電池寿命を向上させることが可能となる。また、非スタンバイ組電池２Ｂとする組電池２０_１～２０_ｎを替えることで、すべての組電池２０_１～２０_ｎを保護することや電池寿命を向上させることが可能となる。一方、スタンバイ組電池２Ａが負荷１０２に接続されて常に放電可能な状態のため、商用電源１００から負荷１０２への電力供給が停止しても、瞬断することなくスタンバイ組電池２Ａから負荷１０２に電力が供給される。さらに、スタンバイ組電池２Ａのみからではなく少なくとも一部の非スタンバイ組電池２Ｂから負荷１０２に電力が供給されるため、より多くの電力を供給して長時間適正にバックアップすることが可能となる。このように、各組電池２０_１～２０_ｎを適正に充放電することが可能となる。

また、平常時にはスタンバイ組電池２Ａのみが充電され、全組電池２０_１～２０_ｎを充電する場合に比べて商用電源１００に接続されている組電池数が少ないため、組電池２０_１～２０_ｎの内部インピーダンスが大きくなる。この結果、短絡電流が小さくなり、耐短絡電流性を低くすることが可能となる。さらに、非スタンバイ組電池２Ｂは非充電状態のため、組電池全体の開放電圧や各リチウムイオンセル２の開放電圧を測定して、電池状態を適正に把握することが可能となる。

また、各組電池２０_１～２０_ｎや各リチウムイオンセル２の電圧に基づいてスタンバイ組電池２Ａと非スタンバイ組電池２Ｂが選定されて入れ替えられるため、各組電池２０_１～２０_ｎを適正に充放電することが可能となる。例えば、非スタンバイ組電池２Ｂの中で開放電圧が最も低いものをスタンバイ組電池２Ａとし、所定の充電を行った後に、残りの非スタンバイ組電池２Ｂの中で開放電圧が最も低いものをスタンバイ組電池２Ａとするとともに、先のスタンバイ組電池２Ａを非スタンバイ組電池２Ｂとする。あるいは、スタンバイ組電池２Ａの中で充電電圧が所定値以上のリチウムイオンセル２がある場合に、この組電池２０_１～２０_ｎを非スタンバイ組電池２Ｂとし、他の非スタンバイ組電池２Ｂの中で開放電圧が最も低いものをスタンバイ組電池２Ａとする。このように、開放電圧が低い非スタンバイ組電池２Ｂを優先的に順次充電したり、過充電が生じるおそれがあるスタンバイ組電池２Ａの充電を終了したりすることで、全組電池２０_１～２０_ｎを適正に充電することが可能となり、その結果、適正な容量、特性を確保して適正に放電することが可能となる。また、例えば、全リチウムイオンセル２の電圧が適正な組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａに常に含むようにすることで、バックアップの初期に適正に放電して適正にバックアップすることが可能となる。

また、非スタンバイ組電池２Ｂから負荷１０２への放電を開始させる際に、各非スタンバイ組電池２Ｂや各リチウムイオンセル２の電圧に基づいて放電させる非スタンバイ組電池２Ｂが選定されるため、各非スタンバイ組電池２Ｂを適正に放電することが可能となる。例えば、過放電や過充電、あるいは短絡のおそれがあるリチウムイオンセル２を含む非スタンバイ組電池２Ｂを放電させないことで、適正、正常な非スタンバイ組電池２Ｂのみを放電させて適正にバックアップすることが可能となる。

また、非スタンバイ組電池２Ｂから負荷１０２への放電を開始させる際に、負荷１０２への放電電流に基づいて放電させる非スタンバイ組電池２Ｂが選定されるため、各非スタンバイ組電池２Ｂを適正に放電することが可能となる。例えば、放電電流の大きさに見合った容量の非スタンバイ組電池２Ｂのみを放電させることで、他の非スタンバイ組電池２Ｂを無駄に放電させることなく、次のバックアップに適正に備えることが可能となる。また、例えば、放電電流が所定値以上の大電流の場合に、大電流放電に適した非スタンバイ組電池２Ｂを放電させることで、適正にバックアップすることができるとともに、小電流放電に適した非スタンバイ組電池２Ｂを放電させることによる劣化、損傷を防止することが可能となる。

また、各組電池２０_１～２０_ｎの特性に基づいてスタンバイ組電池２Ａと非スタンバイ組電池２Ｂが選定されるため、各組電池２０_１～２０_ｎを適正に充放電することが可能となる。例えば、使用年数が長く劣化傾向のおそれがある組電池２０_１～２０_ｎがある場合に、この組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａとする場合には、使用年数が短く特性が良好な組電池２０_１～２０_ｎもスタンバイ組電池２Ａとすることで、バックアップの初期に適正に放電して適正にバックアップすることが可能となる。また、例えば、バックアップの初期に負荷１０２に大電流を供給する必要がある場合に、大電流放電に適した組電池２０_１～２０_ｎをスタンバイ組電池２Ａに含めるようにすることで、適正にバックアップすることができる。さらに、例えば、自己放電が大きい組電池２０_１～２０_ｎを優先的にスタンバイ組電池２Ａとすることで、この組電池２０_１～２０_ｎを適正に充電することが可能となる。

また、商用電源１００の料金体系に基づいてスタンバイ組電池２Ａの数が設定されるため、低コストで効率的に各組電池２０_１～２０_ｎを充電することが可能となる。例えば、電力料金が安い時間帯にスタンバイ組電池２Ａの数を多く設定し、電力料金が高い時間帯にスタンバイ組電池２Ａの数を少なく設定することで、低コストで効率的に各組電池２０_１～２０_ｎを充電することが可能となる。

「実施の形態２」
図５は、この実施の形態に係る組電池制御システム１を示す概略構成図である。この実施の形態では、各充放電スイッチ４に対して並列にバイパスダイオード６が接続されている点で、実施の形態１と構成が異なり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。

バイパスダイオード６は、組電池２０_１～２０_ｎからの放電電流の流れのみを許容する機能を有し、組電池２０_１～２０_ｎへは電流が流れないようになっている。これにより、組電池２０_１～２０_ｎから負荷１０２への放電がバイパスダイオード６を介して常時可能となっている。そして、充放電スイッチ４がオンであるスタンバイ組電池２Ａに対しては、充放電スイッチ４を介して商用電源１００から電力が供給されるが、充放電スイッチ４がオフである非スタンバイ組電池２Ｂに対しては、電力が供給されない。

一方、商用電源１００からの電力供給が停止すると、すべてのスタンバイ組電池２Ａおよび非スタンバイ組電池２Ｂから、バイパスダイオード６を介して負荷１０２に電力が供給される。つまり、この実施の形態では、スタンバイ組電池Ａから負荷１０２への放電が開始されると同時に、すべての非スタンバイ組電池２Ｂから負荷１０２への放電が開始される。このように、商用電源１００からの力供給が停止すると、すべての組電池２０_１～２０_ｎからの放電が同時に開始されるため、確実に所望時間バックアップすることができるとともに、放電タスク５５つまり放電処理を簡略化することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、商用電源１００と整流器１０１が充電手段を兼ねているが、充電手段として充電器を別途設けてもよい。また、組電池制御システム１を整流装置に適用した場合について説明したが、無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）などに適用してもよい。

１ 組電池制御システム
２ リチウムイオンセル（二次電池）
２０_１～２０_ｎ 組電池
２Ａ スタンバイ組電池
２Ｂ 非スタンバイ組電池
３１ セル電圧計（電圧測定手段）
３２ 組電池電圧計（電圧測定手段）
３３ 組電池電流計（電流測定手段）
４ 充放電スイッチ
５ コントローラ（制御手段）
５１ 記憶部
５２ 監視部
５３ 制御部
５４ 充電タスク
５５ 放電タスク
５６ 中央処理部
６ バイパスダイオード
１００ 商用電源（充電手段）
１０１ 整流器（充電手段）
１０２ 負荷

Claims (10)

1. 二次電池が複数直列に接続された組電池が負荷に対して複数並列に接続され、商用電源から前記負荷に電力が供給されない場合に、前記組電池を放電させて前記負荷に電力を供給する組電池制御システムであって、
   前記各組電池を充電する充電手段と、
   前記各組電池の充放電を制御する制御手段と、
   前記各組電池の電圧および前記各二次電池の電圧の少なくとも一方を測定する電圧測定手段と、
   を備え、一部の前記組電池をスタンバイ組電池とし、他の前記組電池を非スタンバイ組電池とし、
   前記制御手段は、
   平常時には、前記スタンバイ組電池を前記充電手段で充電するとともに前記負荷に接続して常に放電可能な状態とし、前記非スタンバイ組電池を非充電状態にするとともに前記負荷から切り離し、前記スタンバイ組電池から前記負荷への放電が開始されると、少なくとも一部の前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させ、
   前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる際に、前記電圧測定手段の測定結果に基づいて、全ての前記二次電池が正常な前記非スタンバイ組電池を放電させる前記非スタンバイ組電池として選定する、
   ことを特徴とする組電池制御システム。
2. 前記制御手段は、前記電圧測定手段の測定結果に基づいて前記スタンバイ組電池と前記非スタンバイ組電池を選定して入れ替える、ことを特徴とする請求項１に記載の組電池制御システム。
3. 前記制御手段は、前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる際に、前記負荷への放電電流に基づいて放電させる前記非スタンバイ組電池を選定する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の組電池制御システム。
4. 前記複数の組電池には特性が異なる組電池が含まれ、
   前記制御手段は、前記各組電池の特性に基づいて前記スタンバイ組電池と前記非スタンバイ組電池を選定する、ことを特徴とする請求項１から３のいずか1項に記載の組電池制御システム。
5. 前記制御手段は、前記商用電源の料金体系に基づいて前記スタンバイ組電池の数を設定する、ことを特徴とする請求項１から４のいずか1項に記載の組電池制御システム。
6. 二次電池が複数直列に接続された組電池が負荷に対して複数並列に接続され、商用電源から前記負荷に電力が供給されない場合に、前記組電池を放電させて前記負荷に電力を供給する組電池制御方法であって、
   一部の前記組電池をスタンバイ組電池とし、他の前記組電池を非スタンバイ組電池とし、
   前記各組電池の電圧および前記各二次電池の電圧の少なくとも一方を測定し、
   平常時には、前記スタンバイ組電池を充電するとともに前記負荷に接続して常に放電可能な状態とし、前記非スタンバイ組電池を非充電状態にするとともに前記負荷から切り離し、前記スタンバイ組電池から前記負荷への放電が開始されると、少なくとも一部の前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させ、
   前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる際に、前記測定の結果に基づいて、全ての前記二次電池が正常な前記非スタンバイ組電池を放電させる前記非スタンバイ組電池として選定する、ことを特徴とする組電池制御方法。
7. 前記各組電池の電圧および前記各二次電池の電圧の少なくとも一方を測定し、この測定
   結果に基づいて前記スタンバイ組電池と前記非スタンバイ組電池を選定して入れ替える、ことを特徴とする請求項６に記載の組電池制御方法。
8. 前記非スタンバイ組電池から前記負荷への放電を開始させる際に、前記負荷への放電電流に基づいて放電させる前記非スタンバイ組電池を選定する、ことを特徴とする請求項６または７に記載の組電池制御方法。
9. 前記複数の組電池には特性が異なる組電池が含まれ、
   前記各組電池の特性に基づいて前記スタンバイ組電池と前記非スタンバイ組電池を選定する、ことを特徴とする請求項６から８のいずか1項に記載の組電池制御方法。
10. 前記商用電源の料金体系に基づいて前記スタンバイ組電池の数を設定する、ことを特徴とする請求項６から９のいずか1項に記載の組電池制御方法。

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