JP7494684B2 - 充放電制御システム - Google Patents

Description

本発明は、充放電制御システムに関する。

特許文献１には、ソーラーパネルと、商用電源と、ソーラーパネルよりの直流を交流に変換するとともに商用電源からの交流を直流に変換する電力調整装置と、複数の蓄電池と、蓄電池に対応して電力調整装置との間に設けられる複数のインターフェース装置とを備えた電圧給電蓄電制御システムが開示されている。

この電圧給電蓄電制御システムにおいて、各インターフェース装置の各一端には、電力調整装置の直流出力端が、他端には蓄電池の直流出力が接続されている。この電圧給電蓄電制御システムは、電力調整装置の制御により、所定の蓄電池に係るインターフェース装置をＯＮし、所定蓄電池への充電あるいは所定蓄電池よりの負荷への給電を行う。

特開２０１４－７９１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電圧給電蓄電制御システムにあっては、電力調整装置への電力供給源の１つとして交流の商用電源を有しているため、交流を直流に変換する双方向ＡＣ／ＤＣインバータや、双方向ＡＣ／ＤＣインバータで変換された直流電圧が入力されるＤＣ／ＤＣコンバータのような変換装置が必要であり大掛かりなシステムとなってしまう。

また、特許文献１に記載の電圧給電蓄電制御システムにあっては、前述のような変換装置によって交流電圧を直流電圧に変換する過程で電圧変換ロスが生じるおそれもあり、電力効率の向上が図れないといった課題もある。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、簡素な構成で電力効率の優れた充放電制御システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、発電装置と、電気負荷と、複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールが並列に接続された第１の接続路と、前記第１の接続路と前記発電装置及び前記電気負荷との間に設けられ、前記第１の接続路と前記発電装置又は前記電気負荷とを接続するオン状態又は切断するオフ状態を切替可能な第１のスイッチと、前記発電装置又は前記電池モジュールから電力が供給される制御装置と、を備え、前記電池モジュールは、蓄電池と、前記蓄電池と前記第１の接続路とを接続するオン状態又は切断するオフ状態を切替可能な第２のスイッチと、前記蓄電池の状態を管理し、前記第２のスイッチの切替を制御する蓄電池管理装置と、を有し、前記蓄電池管理装置と前記第１の接続路との間には、前記蓄電池管理装置と前記第１の接続路とを接続するオン状態又は切断するオフ状態を切替可能な第３のスイッチが前記蓄電池管理装置ごとに少なくとも１つ設けられ、前記制御装置は、前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチの切替を制御するよう構成され、前記複数の電池モジュールのうち一の電池モジュールの前記蓄電池管理装置の起動時、前記一の電池モジュールの前記蓄電池管理装置と前記第１の接続路との間に設けられた前記第３のスイッチがオン状態に切り替えられ、前記一の電池モジュールの前記蓄電池管理装置に前記発電装置又は他の電池モジュールから電力が供給される構成を有する。

本発明によれば、簡素な構成で電力効率の優れた充放電制御システムを提供することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る充放電制御システムの概略構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る充放電制御システムにおいて発電装置から電力供給される場合の説明図であって、（ａ）は電池モジュールの充電前の状態を示し、（ｂ）は一の電池モジュールの第３のスイッチがオン状態にある場合を示し、（ｃ）は一の電池モジュールの第２のスイッチ及び第３のスイッチがオン状態にある場合を示している。 図３は、本発明の一実施例に係る充放電制御システムにおいて他の電池モジュールから電力供給される場合の説明図であって、（ａ）は電池モジュールの充電前の状態を示し、（ｂ）は一の電池モジュールの第３のスイッチがオン状態にある場合を示し、（ｃ）は一の電池モジュールの第２のスイッチ及び第３のスイッチがオン状態にある場合を示している。 図４は、本発明の一実施例に係る充放電制御システムにおいていずれかの電池モジュールから電力供給される場合の説明図であって、他の電池モジュールの第２のスイッチ及び第３のスイッチがオフ状態にある場合を示している。 図５は、本発明の一実施例に係る充放電制御システムにおいて充放電がない場合の説明図である。 図６は、本発明の一実施例に係る充放電制御システムによって実行される充放電制御の処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、本発明の一実施例に係る充放電制御システムの動作を説明するタイムチャートである。

本発明の一実施の形態に係る充放電制御システムは、発電装置と、電気負荷と、複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールが並列に接続された第１の接続路と、第１の接続路と発電装置及び電気負荷との間に設けられ、第１の接続路と発電装置又は電気負荷とを接続するオン状態又は切断するオフ状態を切替可能な第１のスイッチと、発電装置又は電池モジュールから電力が供給される制御装置と、を備え、電池モジュールは、蓄電池と、蓄電池と第１の接続路とを接続するオン状態又は切断するオフ状態を切替可能な第２のスイッチと、蓄電池の状態を管理し、第２のスイッチの切替を制御する蓄電池管理装置と、を有し、蓄電池管理装置と第１の接続路との間には、蓄電池管理装置と第１の接続路とを接続するオン状態又は切断するオフ状態を切替可能な第３のスイッチが蓄電池管理装置ごとに少なくとも１つ設けられ、制御装置は、第１のスイッチ及び第３のスイッチの切替を制御するよう構成され、複数の電池モジュールのうち一の電池モジュールの蓄電池管理装置の起動時、一の電池モジュールの蓄電池管理装置と第１の接続路との間に設けられた第３のスイッチがオン状態に切り替えられ、一の電池モジュールの蓄電池管理装置に発電装置又は他の電池モジュールから電力が供給されることを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る充放電制御システムは、簡素な構成で電力効率の優れた充放電制御システムとすることができる。

以下、本発明の一実施例に係る充放電制御システムについて図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施例に係る充放電制御システム１は、発電装置２と、電気負荷３と、複数の電池モジュール４と、第１の接続路５と、第１のスイッチ６と、制御装置７と、を含んで構成されている。

本実施例に係る充放電制御システム１においては、電池モジュール４が１からｎ個設けられている。本実施例においては、複数の電池モジュール４のそれぞれを区別するために複数の電池モジュール４をそれぞれ電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）で示すこととする。電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）のうちいずれかの電池モジュールを特定せずに、１つの電池モジュールを示す場合には単に「電池モジュール４」と記す。

発電装置２は、例えば太陽光発電装置や風力発電装置等の再生可能エネルギを利用して発電を行う発電装置によって構成されている。再生可能エネルギを利用して発電を行う発電装置としては、太陽光発電装置や風力発電装置に限らず、水力、地熱、バイオマス等の再生可能エネルギを利用した発電装置等も適用可能である。

電気負荷３は、例えば照明や電光掲示板等のように、発光体を負荷として有する装置によって構成されている。電気負荷３は、発光体を負荷として有する装置に限られない。

電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）は、第１の接続路５に対して互いに並列に接続されている。各電池モジュール４はそれぞれ、蓄電池４１と、第２のスイッチ４２と、蓄電池管理装置４３と、を有している。

本実施例においては、電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）のいずれの蓄電池４１、第２のスイッチ４２及び蓄電池管理装置４３であるかを区別するため、電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）のそれぞれに対応する蓄電池４１、第２のスイッチ４２及び蓄電池管理装置４３を、蓄電池４１（ａ）から４１（ｎ）、第２のスイッチ４２（ａ）から４２（ｎ）及び蓄電池管理装置４３（ａ）から４３（ｎ）で示す。蓄電池４１（ａ）から４１（ｎ）、第２のスイッチ４２（ａ）から４２（ｎ）及び蓄電池管理装置４３（ａ）から４３（ｎ）について、電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）のいずれのものであるかを特定せずに、１つの蓄電池、第２のスイッチ及び蓄電池管理装置を示す場合にはそれぞれ単に「蓄電池４１」、「第２のスイッチ４２」、「蓄電池管理装置４３」と記す。

蓄電池４１は、例えばリチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池によって構成されている。蓄電池４１としては、例えば車両に搭載されていたリチウムイオンバッテリをリユースしたものを用いることもできる。

第２のスイッチ４２は、蓄電池４１と第１の接続路５とを接続するオン状態、又は、切断するオフ状態を切替可能なスイッチである。第２のスイッチ４２のオン状態又はオフ状態の切替は、蓄電池管理装置４３よって制御されるようになっている。

蓄電池管理装置４３は、蓄電池４１の電圧値や残容量（ＳＯＣ：state of charge）など、蓄電池４１の状態を監視及び管理するようになっている。蓄電池管理装置４３は、第２のスイッチ４２のオン状態又はオフ状態の切替を制御するようになっている。蓄電池管理装置４３は、蓄電池４１の充放電電流に基づきＳＯＣを算出する。

蓄電池管理装置４３は、制御装置７に接続されており、蓄電池４１の電圧値やＳＯＣ等の各種情報を制御装置７に送信可能に構成されている。

蓄電池管理装置４３と第１の接続路５との間には、蓄電池管理装置４３と第１の接続路５とを接続するオン状態、又は、切断するオフ状態を切替可能な第３のスイッチ８が設けられている。第３のスイッチ８は、蓄電池管理装置４３ごとに少なくとも１つ設けられている。本実施例では、蓄電池管理装置４３ごとに第３のスイッチ８が１つ設けられた例を説明するが、蓄電池管理装置４３ごとに第３のスイッチ８が２つ以上設けられていてもよい。

本実施例においては、蓄電池管理装置４３（ａ）から４３（ｎ）のいずれの第３のスイッチ８であるかを区別するため、蓄電池管理装置４３（ａ）から４３（ｎ）のそれぞれに対応する第３のスイッチ８を、第３のスイッチ８（ａ）から８（ｎ）で示す。第３のスイッチ８（ａ）から８（ｎ）について、蓄電池管理装置４３（ａ）から４３（ｎ）のいずれのものであるかを特定せずに、１つの第３のスイッチを示す場合には単に「第３のスイッチ８」と記す。

第３のスイッチ８のオン状態又はオフ状態の切替は、制御装置７よって制御されるようになっている。

第１の接続路５には、電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）が並列に接続されている。第１の接続路５の一端には、第１のスイッチ６が接続されている。

第１のスイッチ６は、第１の接続路５と発電装置２及び電気負荷３との間に設けられ、第１の接続路５と発電装置２又は電気負荷３とを接続するオン状態、又は、切断するオフ状態を切替可能なスイッチである。

すなわち、第１のスイッチ６は、第１の接続路５と発電装置２とを接続する発電オン状態、又は、第１の接続路５と電気負荷３とを接続する放電オン状態のいずれかのオン状態と、発電装置２及び電気負荷３のいずれとも第１の接続路５を接続しないオフ状態と、に切替可能である。

第１のスイッチ６の発電オン状態、放電オン状態又はオフ状態の切替は、制御装置７よって制御されるようになっている。充放電制御システム１の初回起動時等、制御装置７の電源投入がなされていない状態においては、充放電制御システム１を起動するための電力を確保する観点から第１のスイッチ６が発電オン状態に切り替えられているのが好ましい。

制御装置７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。コンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数等とともに、当該コンピュータユニットを制御装置７として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、コンピュータユニットは、本実施例における制御装置７として機能する。

制御装置７は、第１の接続路５に接続されており、第１の接続路５を介して発電装置２又は電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）の少なくとも１つから電力が供給されるようになっている。制御装置７は、第１のスイッチ６及び第３のスイッチ８のオン状態又はオフ状態の切替を制御するようになっている。

制御装置７には、各種センサ９が接続されている。本実施例においては、各種センサ９として、発電装置２の種類や電気負荷３の種類に応じて必要なセンサが接続されるようになっており、例えば、風力センサ、照度センサ、温度センサ等の外部環境の変化を検出可能なセンサ類が接続されている。また、制御装置７は、電気負荷３が照明である場合には、照明時間や照明時刻を管理するタイマを備えていてもよい。

次に、図２から図５を参照して、本実施例に係る充放電制御システム１における各種スイッチの切替について説明する。

（発電装置からの電力供給時）
図２（ａ）に示すように、第２のスイッチ４２（ａ）から４２（ｎ）及び第３のスイッチ８（ａ）から８（ｎ）の全てがオフ状態であり、かつ第１のスイッチ６が発電オン状態にある場合には、発電装置２から制御装置７に発電電力が供給される。

図２（ａ）に示す状態において、電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）のうち一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３を起動する場合には、当該一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３に対応する第３のスイッチ８が制御装置７によってオン状態に切り替えられる。

例えば、図２（ｂ）に示すように、一の電池モジュール４（ａ）の蓄電池管理装置４３（ａ）の起動時は、起動しようとする蓄電池管理装置４３（ａ）と第１の接続路５との間に設けられた第３のスイッチ８（ａ）が制御装置７によってオン状態に切り替えられる。これにより、蓄電池管理装置４３（ａ）に発電装置２から電力が供給されて蓄電池管理装置４３（ａ）が起動される。

蓄電池管理装置４３（ａ）の起動後は、図２（ｃ）に示すように、第２のスイッチ４２（ａ）が蓄電池管理装置４３（ａ）によってオン状態に切り替えられる。これにより、電池モジュール４（ａ）の蓄電池４１（ａ）に発電装置２から電力が供給可能となり、蓄電池４１（ａ）が充電可能となる。

図２においては、一の電池モジュール４として電池モジュール４（ａ）を例に説明したが、他の電池モジュール４についても同様である。

（他の電池モジュールからの電力供給時）
図３（ａ）に示すように、例えば、一の電池モジュール４として電池モジュール４（ａ）の第２のスイッチ４２（ａ）及び第３のスイッチ８（ａ）がオフ状態である場合において、他の電池モジュール４として電池モジュール４（ｎ）の第２のスイッチ４２（ｎ）及び第３のスイッチ８（ｎ）がオン状態にあり、かつ第１のスイッチ６が放電オン状態にある場合には、電池モジュール４（ｎ）から電気負荷３に電力が供給される。

図３（ａ）に示す状態において、電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）のうち一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３を起動する場合には、当該一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３に対応する第３のスイッチ８が制御装置７によってオン状態に切り替えられる。

例えば、図３（ｂ）に示すように、一の電池モジュール４（ａ）の蓄電池管理装置４３（ａ）の起動時は、起動しようとする蓄電池管理装置４３（ａ）と第１の接続路５との間に設けられた第３のスイッチ８（ａ）が制御装置７によってオン状態に切り替えられる。これにより、蓄電池管理装置４３（ａ）に電池モジュール４（ｎ）から電力が供給されて蓄電池管理装置４３（ａ）が起動される。

蓄電池管理装置４３（ａ）の起動後は、図３（ｃ）に示すように、第２のスイッチ４２（ａ）が蓄電池管理装置４３（ａ）によってオン状態に切り替えられる。これにより、電池モジュール４（ａ）からも電力が供給可能となる。

図３（ｃ）に示すように一の電池モジュール４（ａ）の第２のスイッチ４２（ａ）がオン状態に切り替えられた後は、図４に示すように、電池モジュール４（ｎ）の第２のスイッチ４２（ｎ）及び第３のスイッチ８（ｎ）が蓄電池管理装置４３（ｎ）及び制御装置７によってオフ状態に切り替えられる。

図３及び図４においては、一の電池モジュール４として電池モジュール４（ａ）、他の電池モジュール４として電池モジュール４（ｎ）を例に説明したが、電池モジュール４（ａ）以外の電池モジュール４を一の電池モジュール４とし、電池モジュール４（ｎ）以外の電池モジュール４を他の電池モジュール４とする場合も同様である。

（充放電がない場合）
図５に示すように、第１のスイッチ６がオフ状態にある場合は、電池モジュール４への発電装置２からの電力供給がなく、かつ電池モジュール４から電気負荷３への電力供給もない、充放電がない状態である。

このように第１のスイッチ６がオフ状態にある場合は、電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）のうち少なくとも１つの電池モジュール４の第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８がオン状態に切り替えられている。図５では、少なくとも１つの電池モジュール４として電池モジュール４（ｎ）の第２のスイッチ４２（ｎ）及び第３のスイッチ８（ｎ）がオン状態に切り替えられている例を示している。

次に、図６を参照して、本実施例に係る充放電制御システム１によって実行される充放電制御について説明する。

図６に示す充放電制御は、発電装置２として太陽光発電装置を用いた例である。図６に示す充放電制御における各処理の主体は、制御装置７又は蓄電池管理装置４３である。図６に示す充放電制御は、所定の時間間隔で繰り返し実行される。

図６に示すように、制御装置７は、発電装置２における発電電力が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。本実施例において、「発電電力」は、単位時間当たりの発電電力量である。「所定値」は、電池モジュール４を充電可能な発電電力の下限値であり、予め実験的に求めて制御装置７のＲＯＭに記憶されている。

本実施例において、制御装置７は、各種センサ９から入力される外部環境の情報に基づき、発電装置２における発電電力を算出することができる。発電装置２として太陽光発電装置を用いる場合には、例えば照度センサから得られる照度に基づき発電装置２における発電電力を算出することができる。発電電力は、発電装置２に測定器を設けて、当該測定器によって測定される構成であってもよい。

制御装置７は、ステップＳ１において発電装置２における発電電力が所定値以上であると判定した場合には、第１のスイッチ６を発電オン状態に切り替える（ステップＳ２）。その後、制御装置７は、充電が必要な電池モジュール４があるか否かを判定する（ステップＳ３）。

具体的には、制御装置７は、蓄電池管理装置４３の起動中に蓄電池管理装置４３によって算出された蓄電池４１のＳＯＣを電池モジュールごとに記憶している。したがって、制御装置７は、記憶された蓄電池４１（ａ）から４１（ｎ）の各ＳＯＣに基づき、充電が必要な電池モジュール４があるか否かを判定する。制御装置７は、ＳＯＣが所定ＳＯＣ以下の蓄電池４１を有する電池モジュール４を、充電が必要な電池モジュールと判定する。なお、制御装置７は、蓄電池４１の電圧値が所定電圧値以下の蓄電池４１を有する電池モジュール４を、充電が必要な電池モジュールと判定してもよい。

制御装置７は、ステップＳ３において充電が必要な電池モジュール４があると判定した場合には、充電が必要であると判定された電池モジュール４のうち、いずれか１つの電池モジュール４の第３のスイッチ８をオン状態に切り替える（ステップＳ４）。これにより、第３のスイッチ８がオン状態に切り替えられた電池モジュール４の蓄電池管理装置４３が起動する。

制御装置７は、充電が必要であると判定された電池モジュール４が複数ある場合には、いずれか１つの電池モジュール４を選択する。充電が必要であると判定された複数の電池モジュール４のうち、いずれの電池モジュール４を選択するかは任意である。

次いで、制御装置７は、第３のスイッチ８をオン状態に切り替えた電池モジュール４の第２のスイッチ４２をオン状態に切り替える（ステップＳ５）。これにより、第２のスイッチ４２がオン状態に切り替えられた電池モジュール４の蓄電池４１が発電装置２の発電電力によって充電される。制御装置７は、ステップＳ５の処理後、本充放電制御を終了する。

制御装置７は、ステップＳ３において充電が必要な電池モジュール４がないと判定した場合には、第１のスイッチ６をオフ状態に切り替え（ステップＳ６）、本充放電制御を終了する。これにより、過充電や無駄な放電が抑制される。

制御装置７は、ステップＳ１において発電装置２における発電電力が所定値以上でないと判定した場合には、放電可能な電池モジュール４があるか否かを判定する（ステップＳ７）。

制御装置７は、ＳＯＣが放電可能ＳＯＣ以上の蓄電池４１を有する電池モジュール４を、放電可能な電池モジュールであると判定する。なお、制御装置７は、蓄電池４１の電圧値が放電可能電圧値以上の蓄電池４１を有する電池モジュール４を、放電可能な電池モジュールと判定してもよい。

放電可能ＳＯＣとは、１つの電池モジュール４で所定期間の間、制御装置７を駆動できる電力量が確保された状態のＳＯＣである。本実施例の充放電制御システム１は、発電装置２が再生可能エネルギを利用しているため、再生可能エネルギを利用できない期間の間、１つの電池モジュール４で制御装置７を駆動する必要がある。このため、本実施例では、再生可能エネルギを利用して発電可能となるまでの期間、具体的にはステップＳ１における所定値以上の発電電力が得られるようになるまでに必要と予測される期間を、上述の所定期間（例えば、十数時間から数日間）とするのが好ましい。当該所定期間は、各種センサ９から得られる情報に基づき変動してもよいし、予め実験的に求めた定数であってもよい。放電可能電圧値についても同様である。

制御装置７は、ステップＳ７において放電可能な電池モジュール４がないと判定した場合には、第１のスイッチ６をオフ状態に切り替え（ステップＳ１６）、本充放電制御を終了する。

制御装置７は、ステップＳ７において放電可能な電池モジュール４があると判定した場合には、放電可能な電池モジュール４のうち、いずれか１つの電池モジュール４以外の電池モジュール４の第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオフ状態に切り替える（ステップＳ８）。

制御装置７は、放電可能な電池モジュール４が複数ある場合には、例えば、放電可能な電池モジュール４のうち最もＳＯＣ又は電圧値が低い蓄電池４１を有する電池モジュール４を選択する。これに限らず、制御装置７は、放電可能な電池モジュール４のうち最もＳＯＣ又は電圧値が高い蓄電池４１を有する電池モジュール４を選択してもよい。

ステップＳ８において、制御装置７は、第２のスイッチ４２をオフ状態に切り替えた後に第３のスイッチ８をオフ状態に切り替える。第２のスイッチ４２よりも先に第３のスイッチ８がオフ状態に切り替えられてしまうと、蓄電池管理装置４３への電力供給が断たれるため第２のスイッチ４２をオフ状態に切り替えることができなくなるため、放電が停止できず過放電が生じてしまう。

本実施例では、上述したように、制御装置７は、第２のスイッチ４２をオフ状態に切り替えた後に第３のスイッチ８をオフ状態に切り替えるので、上述のような過放電を抑制することができる。

本実施例では、第２のスイッチ４２と第３のスイッチ８とで、オフ状態への切替のタイミングをずらしているため、急激な電圧変動も抑制することができる。

本実施例において、放電可能な電池モジュール４のうち１つの電池モジュール４から放電する構成としたのは、本実施例の電気負荷３、制御装置７、蓄電池管理装置４３、第１のスイッチ６、第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８の消費電力が小さいからである。例えば、電気負荷３として大電力を消費する装置を用いた場合等、消費電力が大きい場合には、放電可能な電池モジュール４のうち複数の電池モジュール４から放電するようにしてもよい。

また、ステップＳ８において、制御装置７は、放電可能な電池モジュール４のうち、選択された１つの電池モジュール４の第３のスイッチ８をオン状態に切り替え、その後、当該電池モジュール４の第２のスイッチ４２をオン状態に切り替える。これにより、当該電池モジュール４からの放電が可能となる。

次いで、制御装置７は、電気負荷３に対する駆動要求があるか否かを判定する（ステップＳ９）。制御装置７は、例えば照度センサから得られる照度や時間などの外部環境に応じて、電気負荷３に対する駆動要求を行うか否かを判定することができる。例えば、照明の点灯が必要な照度以下である場合や照明の点灯が必要な時刻となった場合には、電気負荷３に対して駆動要求がなされる。

制御装置７は、ステップＳ９において電気負荷３に対する駆動要求がないと判定した場合には、第１のスイッチ６をオフ状態に切り替え（ステップＳ１６）、本充放電制御を終了する。これにより、発電していない状態の発電装置２に電流が流れてしまうことで、電池モジュール４の放電が行われたり、発電装置２が破損したりしてしまうことを防止することができる。

制御装置７は、ステップＳ９において電気負荷３に対する駆動要求があると判定した場合には、第１のスイッチ６を放電オン状態に切り替える（ステップＳ１０）。

その後、制御装置７は、現在放電している電池モジュール４が放電不可となったか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御装置７は、現在放電している電池モジュール４の蓄電池４１のＳＯＣが放電可能ＳＯＣ未満である場合には、当該電池モジュール４を放電不可と判定する。制御装置７は、現在放電している電池モジュール４の蓄電池４１の電圧値が放電可能電圧値未満である場合に、当該電池モジュール４を放電不可と判定してもよい。

制御装置７は、ステップＳ１１において現在放電している電池モジュール４が放電不可となっていないと判定した場合には、本充放電制御を終了する。

制御装置７は、ステップＳ１１において現在放電している電池モジュール４が放電不可となったと判定した場合には、現在放電していない放電可能な電池モジュール４があるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

制御装置７は、現在放電していない電池モジュール４のうち、ＳＯＣが放電可能ＳＯＣ以上の蓄電池４１を有する電池モジュール４を、放電可能な電池モジュールであると判定する。なお、制御装置７は、現在放電していない電池モジュール４のうち、蓄電池４１の電圧値が放電可能電圧値以上の蓄電池４１を有する電池モジュール４を、放電可能な電池モジュールと判定してもよい。

制御装置７は、ステップＳ１２において現在放電していない放電可能な電池モジュール４がないと判定した場合には、第１のスイッチ６をオフ状態に切り替え（ステップＳ１６）、本充放電制御を終了する。

制御装置７は、ステップＳ１２において現在放電していない放電可能な電池モジュール４があると判定した場合には、現在放電していない放電可能な電池モジュール４のうち、いずれか１つの電池モジュール４の第３のスイッチ８をオン状態に切り替える（ステップＳ１３）。これにより、第３のスイッチ８がオン状態に切り替えられた電池モジュール４の蓄電池管理装置４３が起動する。

制御装置７は、現在放電していない放電可能な電池モジュール４が複数ある場合には、例えば、それら複数の電池モジュール４のうち最もＳＯＣ又は電圧値が低い蓄電池４１を有する電池モジュール４を選択する。これに限らず、制御装置７は、それら複数の電池モジュール４のうち最もＳＯＣ又は電圧値が高い蓄電池４１を有する電池モジュール４を選択してもよい。

次いで、制御装置７は、第３のスイッチ８をオン状態に切り替えた電池モジュール４の第２のスイッチ４２をオン状態に切り替える（ステップＳ１４）。これにより、第２のスイッチ４２がオン状態に切り替えられた電池モジュール４から放電が行われる。

その後、制御装置７は、放電不可となった電池モジュール４の第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオフ状態に切り替え（ステップＳ１５）、本充放電制御を終了する。ステップＳ１５において、制御装置７は、第２のスイッチ４２をオフ状態に切り替えた後に第３のスイッチ８をオフ状態に切り替える。これにより、放電不可となった電池モジュール４の過放電が抑制される。

全ての電池モジュール４が放電不可となった場合には、全ての電池モジュール４の第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオフ状態に切り替えてもよい。この場合、制御装置７は一時的に電源が断たれるが、次回の発電装置２による発電時に再度起動されるため、電池モジュール４からの電力供給が不要となり、電力消費をより抑制することができる。

次に、図７を参照して、本実施例に係る充放電制御システム１の動作について、電池モジュール４（ａ）及び４（ｎ）を例に説明する。

図７に示すように、時刻ｔ１において、発電装置２における発電電力が所定値以上となり発電装置２がオン状態となると、すなわち発電装置２における発電が開始されると、制御装置７がオン状態となる、すなわち起動される。

時刻ｔ１の後、充電が必要な電池モジュールとして電池モジュール４（ａ）及び４（ｎ）があると判定されると、時刻ｔ２において、充電が必要であると判定された電池モジュール４（ａ）及び４（ｎ）のうち、最もＳＯＣが低い蓄電池４１（ａ）を有する電池モジュール４（ａ）の第３のスイッチ８（ａ）がオン状態に切り替えられる。

その後、時刻ｔ３において、電池モジュール４（ａ）の第２のスイッチ４２（ａ）がオン状態に切り替えられる。これにより、電池モジュール４（ａ）の充電が開始され、蓄電池４１（ａ）のＳＯＣが上昇し始める。

続いて、時刻ｔ４において、もう１つの充電が必要な電池モジュール４（ｎ）の第３のスイッチ８（ｎ）がオン状態に切り替えられる。

その後、時刻ｔ５において、電池モジュール４（ｎ）の第２のスイッチ４２（ｎ）がオン状態に切り替えられる。これにより、電池モジュール４（ｎ）の充電も開始され、蓄電池４１（ｎ）のＳＯＣも上昇し始める。

その後、時刻ｔ６において、電池モジュール４（ｎ）の蓄電池４１（ｎ）のＳＯＣが所定ＳＯＣに達すると、充電が必要な電池モジュール４がなくなり、第１のスイッチ６がオフ状態に切り替えられる。

次いで、時刻ｔ７において、発電装置２における発電電力が所定値未満となると、発電装置２が発電を行わないオフ状態となる。

時刻ｔ７の後、放電可能な電池モジュールとして電池モジュール４（ａ）及び４（ｎ）があると判定されると、時刻ｔ８において、これら放電可能な電池モジュールのうち最もＳＯＣが低い蓄電池４１（ｎ）を有する電池モジュール４（ｎ）以外の電池モジュールである電池モジュール４（ａ）の第２のスイッチ４２（ａ）がオフ状態に切り替えられる。これにより、放電する電池モジュールとして、まず電池モジュール４（ｎ）が選択されたこととなる。

その後、時刻t９において、電池モジュール４（ａ）の第３のスイッチ８（ａ）がオフ状態に切り替えられる。

続いて、時刻ｔ１０において、電気負荷３に対する駆動要求があると、第１のスイッチ６が放電オン状態に切り替えられ、電気負荷３が駆動されるオン状態となる。電気負荷３の駆動開始に伴い、電池モジュール４（ｎ）の蓄電池４１（ｎ）のＳＯＣが低下し始める。

その後、時刻t１１において、蓄電池４１（ｎ）のＳＯＣが放電可能ＳＯＣ未満となると、電池モジュール４（ｎ）が放電不可となる。

次いで、時刻ｔ１２において、もう１つの放電可能な電池モジュールである電池モジュール４（ａ）の第３のスイッチ８（ａ）がオン状態に切り替えられる。

続いて、時刻ｔ１３において、電池モジュール４（ａ）の第２のスイッチ４２（ａ）がオン状態に切り替えられる。これにより、電池モジュール４（ａ）から放電が開始され、蓄電池４１（ａ）のＳＯＣが低下し始める。

その後、時刻t１４において、放電不可となった電池モジュール４（ｎ）の第２のスイッチ４２（ｎ）がオフ状態に切り替えられる。

続いて、時刻ｔ１５において、電池モジュール４（ｎ）の第３のスイッチ８（ｎ）がオフ状態に切り替えられる。

その後、時刻t１６において、電池モジュール４（ａ）の蓄電池４１（ａ）のＳＯＣが放電可能ＳＯＣ未満となると、電池モジュール４（ａ）が放電不可となり、放電可能な電池モジュールがなくなる。

放電可能な電池モジュールがなくなった後は、時刻ｔ１７において、第１のスイッチ６がオフ状態に切り替えられ、電気負荷３が駆動されないオフ状態となる。

以上のように、本実施例に係る充放電制御システム１は、複数の電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）のうち一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３の起動時、一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３と第１の接続路５との間に設けられた第３のスイッチ８がオン状態に切り替えられ、一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３に発電装置２又は他の電池モジュール４から電力が供給されるよう構成されている。

この構成により、本実施例に係る充放電制御システム１は、発電装置２又は他の電池モジュール４から供給される電力で蓄電池管理装置４３を起動することができ、商用電源、ＡＣ／ＤＣインバータやＤＣ／ＤＣコンバータのような変換装置を不要とすることができる。

これにより、電圧変換ロスが生じることもなく、簡素な構成で電力効率の優れた充放電制御システムとすることができる。また、上述のような商用電源や変換装置を不要とすることで、充放電制御システムのコスト及び電力消費量を削減することができる。さらに、充放電制御システムの設置場所の省スペース化も図ることができる。

また、本実施例に係る充放電制御システム１は、商用電源を必要としないので、例えば屋外に独立して設置される充放電制御システムとして有用である。

また、本実施例に係る充放電制御システム１において、一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３は、起動後、一の電池モジュール４の第２のスイッチ４２をオン状態に切り替えるので、一の電池モジュール４の蓄電池４１への充電を行うことができる。

また、本実施例に係る充放電制御システム１は、一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３が起動時に他の電池モジュール４から電力を供給されていた場合には、一の電池モジュール４の第２のスイッチ４２がオン状態に切り替えられた後、他の電池モジュール４の第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオフ状態に切り替えるよう構成されている。

この構成により、本実施例に係る充放電制御システム１は、一の電池モジュール４の蓄電池管理装置４３への電力供給が一の電池モジュール４の蓄電池４１から行われることとなり、放電時には１つの電池モジュール４によって充放電制御システム全体に電力供給することができる。

また、本実施例に係る充放電制御システム１は、第１のスイッチ６がオフ状態である場合、複数の電池モジュール４（ａ）から４（ｎ）のうち少なくとも１つの電池モジュール４の第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８がオン状態に切り替えられているよう構成されている。

この構成により、本実施例に係る充放電制御システム１は、発電装置２からの充電も電気負荷３への放電もない状態において、制御装置７への電力供給を確保しておくことができる。これにより、発電装置２からの電力供給がない場合であっても、独立した充放電制御システムを維持することができる。

また、本実施例に係る充放電制御システム１は、発電装置２が再生可能エネルギを利用して発電を行う発電装置によって構成されている。これにより、本実施例に係る充放電制御システム１を屋外に独立して設置することができる。

また、本実施例に係る充放電制御システム１は、電気負荷３が発光体を負荷として有する装置によって構成されている。これにより、本実施例に係る充放電制御システム１を、屋外に独立して設置される照明や電光掲示板に用いることができる。

なお、本実施例においては、図６に示す充放電制御において発電装置２として太陽光発電装置を用いた例について説明したが、図６に示す充放電制御において発電装置２として例えば風力発電装置等の太陽光発電装置以外の発電装置を用いる場合には、ステップＳ３でＮＯと判定された場合にステップＳ８に移行するのが好ましい。この場合、ステップＳ６は不要となる。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 充放電制御システム
２ 発電装置
３ 電気負荷
４ 電池モジュール
５ 第１の接続路
６ 第１のスイッチ
７ 制御装置
８ 第３のスイッチ
９ 各種センサ
４１ 蓄電池
４２ 第２のスイッチ
４３ 蓄電池管理装置

Claims (6)

1. 発電装置と、
   電気負荷と、
   複数の電池モジュールと、
   前記複数の電池モジュールが並列に接続された第１の接続路と、
   前記第１の接続路と前記発電装置及び前記電気負荷との間に設けられ、前記第１の接続路と前記発電装置又は前記電気負荷とを接続するオン状態又は切断するオフ状態を切替可能な第１のスイッチと、
   前記発電装置又は前記電池モジュールから電力が供給される制御装置と、を備え、
   前記電池モジュールは、
   蓄電池と、
   前記蓄電池と前記第１の接続路とを接続するオン状態又は切断するオフ状態を切替可能な第２のスイッチと、
   前記蓄電池の状態を管理し、前記第２のスイッチの切替を制御する蓄電池管理装置と、を有し、
   前記蓄電池管理装置と前記第１の接続路との間には、前記蓄電池管理装置と前記第１の接続路とを接続するオン状態又は切断するオフ状態を切替可能な第３のスイッチが前記蓄電池管理装置ごとに少なくとも１つ設けられ、
   前記制御装置は、前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチの切替を制御するよう構成され、
   前記複数の電池モジュールのうち一の電池モジュールの前記蓄電池管理装置の起動時、前記一の電池モジュールの前記蓄電池管理装置と前記第１の接続路との間に設けられた前記第３のスイッチがオン状態に切り替えられ、前記一の電池モジュールの前記蓄電池管理装置に前記発電装置又は他の電池モジュールから電力が供給されることを特徴とする充放電制御システム。
2. 前記一の電池モジュールの前記蓄電池管理装置は、起動後、前記一の電池モジュールの前記第２のスイッチをオン状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の充放電制御システム。
3. 前記一の電池モジュールの前記蓄電池管理装置が前記起動時に前記他の電池モジュールから電力を供給されていた場合には、
   前記一の電池モジュールの前記第２のスイッチがオン状態に切り替えられた後、前記他の電池モジュールの前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチをオフ状態に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の充放電制御システム。
4. 前記制御装置は、前記第１の接続路に接続されており、
   前記第１のスイッチがオフ状態である場合、前記複数の電池モジュールのうち少なくとも１つの前記電池モジュールの前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチは、オン状態に切り替えられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の充放電制御システム。
5. 前記発電装置は、再生可能エネルギを利用して発電を行う発電装置によって構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の充放電制御システム。
6. 前記電気負荷は、発光体を負荷として有する装置によって構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の充放電制御システム。
   

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