JP7494685B2 - 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、並列に接続されたバッテリパックが同時に使用されると、負荷への配線距離が相対的に近いバッテリパックが、相対的に遠いバッテリパックよりも、その配線抵抗の小ささに応じた分だけ多くの電流が出力されてしまうため、各バッテリパックは、配線距離に伴って劣化の進行速度に差が生じてしまう虞があり、これを抑制することを目的とした電動車両の駆動制御装置が記載されている。

特許文献１に記載の電動車両の駆動制御装置は、並列接続された複数のバッテリパックのうち、いずれか１つを駆動用バッテリパックとして選択するバッテリ制御ユニットと、選択されたバッテリパックからモータに電力を供給する電力供給部と、選択されたバッテリパックの電力容量情報を取得する電力容量取得部と、を含む。特許文献１に記載の電動車両の駆動制御装置は、選択されたバッテリパックの電力容量が所定値以下となった場合、バッテリ制御ユニットが、選択されたバッテリパック以外のバッテリパックを駆動用バッテリパックとして選択する。

特開２０１９－２０８３０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電動車両の駆動制御装置では、電力容量が所定値以下となった場合に駆動用バッテリパックを切り替えるのみで、例えばバッテリパックの使用頻度等を考慮してバッテリパックの劣化の偏りを抑制することについては何ら考慮されていなかった。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、複数の電池モジュール間における使用頻度の偏りを抑制し、複数の電池モジュール間における劣化の偏りを抑制することができる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充電を行う場合に、前記蓄電池の電圧値が最も低い電池モジュールを第ｍの電池モジュール、前記蓄電池の電圧値が２番目に低い電池モジュールを第ｍ＋１の電池モジュールとしたとき、充電中の前記第ｍの電池モジュールの蓄電池の電圧値が第ｍ＋１の電池モジュールの電圧値以上になったことを条件に、前記第ｍ＋１の電池モジュールに対応する前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチをオン状態に切り替える構成を有する。

本発明によれば、複数の電池モジュール間における使用頻度の偏りを抑制し、複数の電池モジュール間における劣化の偏りを抑制することができる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ける各電池モジュールの電圧値の遷移を示すグラフである。 図３は、本発明の一実施例に係る充放電制御システムによって実行される充電制御の処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施例に係る充放電制御システムの動作の一例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充電を行う場合に、蓄電池の電圧値が最も低い電池モジュールを第ｍの電池モジュール、蓄電池の電圧値が２番目に低い電池モジュールを第ｍ＋１の電池モジュールとしたとき、充電中の第ｍの電池モジュールの蓄電池の電圧値が第ｍ＋１の電池モジュールの電圧値以上になったことを条件に、第ｍ＋１の電池モジュールに対応する第２のスイッチ及び第３のスイッチをオン状態に切り替え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、複数の電池モジュール間における使用頻度の偏りを抑制し、複数の電池モジュール間における劣化の偏りを抑制することができる。

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。

（充電制御）
次に、本実施例に係る充放電制御システム１における充電制御について説明する。

本実施例において、ｎ個の電池モジュール４の充電を行う場合に、これら全ての電池モジュール４のうち、蓄電池４１の電圧値が最も低い電池モジュール４を第ｍの電池モジュール４（以下、「電池モジュール４（ｍ）」という）、蓄電池４１の電圧値が２番目に低い電池モジュール４を第ｍ＋１の電池モジュール４（以下、「電池モジュール４（ｍ＋１）」という）とすると、制御装置７は、次のような充電制御を行うようになっている。

制御装置７は、ｎ個の電池モジュール４の充電を行う場合に、電池モジュール４（ｍ）に対応する第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン状態に切り替え、電池モジュール４（ｍ）の充電を開始し、電池モジュール４（ｍ）以外の電池モジュール４に対応する第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。

制御装置７は、充電中の電池モジュール４（ｍ）の蓄電池４１の電圧値が電池モジュール４（ｍ＋１）の電圧値以上になったことを条件に、電池モジュール４（ｍ＋１）に対応する第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン状態に切り替え、電池モジュール４（ｍ＋１）の充電を開始する。

このとき、電池モジュール４（ｍ＋１）の蓄電池４１は、電池モジュール４（ｍ）の蓄電池４１と同一の電圧値となることから、電池モジュール４（ｍ）と同様、蓄電池４１の電圧値が最も低い電池モジュール４となる。

これにより、上述の電池モジュール４（ｍ＋１）が新たな電池モジュール４（ｍ）となり、上述の電池モジュール４（ｍ＋１）の次に電圧値の低い電池モジュール４、すなわち、充電が開始されていない電池モジュール４のうち蓄電池４１の電圧値が最も低い電池モジュール４が新たな電池モジュール４（ｍ＋１）となる。

制御装置７は、充電中の新たな電池モジュール４（ｍ）の蓄電池４１の電圧値が新たな電池モジュール４（ｍ＋１）の電圧値以上になったことを条件に、新たな電池モジュール４（ｍ＋１）に対応する第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン状態に切り替え、新たな電池モジュール４（ｍ＋１）の充電を開始する。

制御装置７は、ｎ個の電池モジュール４のうち満充電でない電池モジュール４の全てが満充電となるまで、上記のような充電の切替を行う。

次に、図２を参照して、本実施例の充電制御について、電池モジュールが４個（ｎ＝４）の場合であっていずれの電池モジュール４も満充電でない場合を例に説明する。

図２に示すように、制御装置７は、ｎ個の電池モジュール４の充電を行う場合、これら電池モジュール４の蓄電池４１の電圧値（以下、「電池モジュール４の電圧値」ともいう）を低い順に、第１の充電切替閾値、第２の充電切替閾値、第ｎ－１の充電切替閾値、第ｎの充電切替閾値として設定する。

図２では、これら充電切替閾値に対応して蓄電池４１の電圧値が低い順に、第１の電池モジュール４、第２の電池モジュール４、第ｎ－１の電池モジュール４、第ｎの電池モジュール４として、各電圧値を示す棒グラフの下に「１」、「２」、「ｎ－１」、「ｎ」を明記している。

制御装置７は、図２（ａ）に示すように電圧値が最も低い第１の電池モジュール４（上述の電池モジュール４（ｍ）に相当）から充電を開始する。そして、制御装置７は、図２（ｂ）に示すように第１の電池モジュール４の電圧値が第２の充電切替閾値以上になると、第２の電池モジュール４（上述の電池モジュール４（ｍ＋１）に相当）に対応する第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン状態に切り替え、第２の電池モジュール４の充電を開始する。これにより、第１の電池モジュール４と第２の電池モジュール４とがともに充電中となる。

制御装置７は、図２（ｃ）に示すように充電中の第２の電池モジュール４（上述の電池モジュール４（ｍ）に相当）の電圧値が第ｎ－１の充電切替閾値以上になると、第ｎ－１の電池モジュール４（上述の電池モジュール４（ｍ＋１）に相当）に対応する第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン状態に切り替え、第ｎ－１の電池モジュール４の充電を開始する。これにより、第１の電池モジュール４、第２の電池モジュール４及び第ｎ－１の電池モジュール４が充電中となる。

制御装置７は、図２（ｄ）に示すように充電中の第ｎ－１の電池モジュール４（上述の電池モジュール４（ｍ）に相当）の電圧値が第ｎの充電切替閾値以上になると、第ｎの電池モジュール４（上述の電池モジュール４（ｍ＋１）に相当）に対応する第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン状態に切り替え、第ｎの電池モジュール４の充電を開始する。これにより、第１の電池モジュール４、第２の電池モジュール４、第ｎ－１の電池モジュール４及び第ｎの電池モジュール４の全てが充電中となり、その後、全ての電池モジュール４が図２（ｅ）に示すように満充電に至る。

次に、図３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電制御の処理の流れについて説明する。

図３に示す充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３に示す充電制御は、所定の時間間隔で繰り返し実行される。

図３に示すように、制御装置７は、発電装置２における発電電圧が第１の電圧以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。「第１の電圧」は、電池モジュール４を充電可能な発電電圧であり、少なくとも満充電の電池モジュール４の電圧値よりも大きい電圧であって、予め実験的に求めて制御装置７のＲＯＭに記憶されている。

制御装置７は、ステップＳ１において発電装置２における発電電圧が第１の電圧以上でないと判定した場合には、処理をステップＳ１２に移行する。制御装置７は、ステップＳ１において発電装置２における発電電圧が第１の電圧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）。

なお、充放電制御システム１の初回起動時など、制御装置７に電力が供給されていない場合には、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ものとする。これにより、充放電制御システム１が停止していても、発電装置２が発電電圧を出力すれば、外部電源に依らずに、充放電制御システム１を起動させることができる。

その後、制御装置７は、全ての電池モジュール４の第３のスイッチ８をオン状態に切り替え、蓄電池管理装置４３が全ての電池モジュール４の電圧値を読み出す（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理は、充放電制御システム１の初回起動時のみ実行される。

充放電制御システム１の初回起動時は、全ての蓄電池管理装置４３が未起動のため、各蓄電池４１の電圧値が読み出せない。このため、充放電制御システム１の初回起動時には、ステップＳ３の処理を実行して全ての電池モジュール４の電圧値を読み出すこととしている。

なお、充放電制御システム１の初回起動後は、各蓄電池管理装置４３の起動中、又は、各蓄電池管理装置４３がオフされるタイミングで各蓄電池４１の電圧値が読み出され、制御装置７のＲＡＭに記憶される。

また、制御装置７は、起動していない電池モジュール４がある場合には、記憶した各電圧値のうち、起動していない電池モジュール４の電圧値を、自然放電分を予測して補正してもよい。さらに、制御装置７は、次回、電池モジュール４の電圧値を読み出した際に、補正した電圧値と実際の電圧値とを比較することで、補正量を変更したり、実際の電圧値が補正した電圧値よりも所定値以上低い場合には当該電池モジュール４が劣化していると判定したりしてもよい。

次いで、制御装置７は、各電池モジュール４の電圧値を低い順に、第１、第２・・・第ｎの充電切替閾値として制御装置７のＲＡＭに記憶する（ステップＳ４）。「ｎ」は、電池モジュール４の数である。

その後、制御装置７は、変数ｍを「１」に設定する、すなわちｍ＝１とする（ステップＳ５）。変数ｍは、後述するステップＳ７以降で使用される。

次いで、制御装置７は、電圧値が満充電判定値未満の電池モジュール４があるか否かを判定する（ステップＳ６）。満充電判定値は、電池モジュール４の蓄電池４１を満充電とみなすことのできる電圧値である。

制御装置７は、ステップＳ６において電圧値が満充電判定値未満の電池モジュール４がないと判定した場合には、処理をステップＳ１２に移行する。この場合、制御装置７は、全ての電池モジュール４の電圧値が満充電判定値以上であると判断する。

ステップＳ１２において、制御装置７は、発電装置２における発電電圧が第２の電圧以上であるか否かを判定する。「第２の電圧」は、上述した「第１の電圧」よりも小さく、かつ、満充電の電池モジュール４の電圧値よりも大きい電圧である。

制御装置７は、ステップＳ１２において発電装置２における発電電圧が第２の電圧以上であると判定した場合には、本充電制御を終了して次回ループの充電制御を実行する。このとき、充放電制御システム１では、フロート充電が実行、維持される。フロート充電とは、充電電圧のみが蓄電池４１に印加され、蓄電池４１には充電電流が流れない状態で充電を行う充電方式である。フロート充電によって蓄電池４１を長持ちさせることができる。

制御装置７は、ステップＳ１２において発電装置２における発電電圧が第２の電圧以上でないと判定した場合、すなわち、発電電圧が第２の電圧未満である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て（ステップＳ１３）、本充電制御を終了する。

ステップＳ１３において第１のスイッチ６をオフ状態に切り替えるのは、次の理由による。すなわち、発電電圧が第２の電圧未満であると、フロート充電を維持するための充電電圧を出力できないためである。さらに、発電電圧が満充電判定値より低い場合には、発電装置２側に電流が逆流するおそれもあり、この逆流による発電装置２の故障を回避するためである。また、蓄電池４１から無駄な放電が発生しないようにするためでもある。

制御装置７は、ステップＳ６において電圧値が満充電判定値未満の電池モジュール４があると判定した場合には、電圧値が第ｍの充電切替閾値以下の電池モジュール４の第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン状態に切り替える（ステップＳ７）。これにより、全ての電池モジュール４のうち、電圧値が低い電池モジュール４に対して優先的に充電を行うことができる。

次いで、制御装置７は、本充電制御の初回ループにおいて、電圧値が第ｍの充電切替閾値以下の電池モジュール４以外の電池モジュール４の第３のスイッチ８をオフ状態に切り替える（ステップＳ８）。ステップＳ８の処理は、本充電制御の初回ループ以外の場合は省略される。これは、電圧値が第ｍの充電切替閾値以下の電池モジュール４以外の電池モジュール４で第３のスイッチ８がオン状態になっていると、余計な電力消費が生ずるためである。

続いて、制御装置７は、充電中の電池モジュール４の電圧値が第（ｍ＋１）の充電切替閾値以上か否かを判定する（ステップＳ９）。充電中の電池モジュール４とは、上述のステップＳ７で第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た電池モジュール４の全てである。これにより、充電中の全ての電池モジュール４が第ｎの充電切替閾値以上となるまで充電が継続される。

制御装置７は、ステップＳ９において充電中の電池モジュール４の電圧値が第（ｍ＋１）の充電切替閾値以上でないと判定した場合には、ステップＳ６に処理を戻す。

制御装置７は、ステップＳ９において充電中の電池モジュール４の電圧値が第（ｍ＋１）の充電切替閾値以上であると判定した場合には、変数ｍが充放電制御システム１の電池モジュール４の数「ｎ」よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０）。

制御装置７は、ステップＳ１０において変数ｍが「ｎ」よりも小さくないと判定した場合には、ステップＳ６に処理を戻す。

制御装置７は、ステップＳ１０において変数ｍが「ｎ」よりも小さいと判定した場合には、変数ｍを「＋１」して（ステップＳ１１）、ステップＳ６に処理を戻す。これにより、電圧の低い電池モジュール４の順に充電が行われる。

このように、上述したステップＳ６からステップＳ９、ステップＳ１０又はステップＳ１１の処理を繰り返すことで、最も電圧値の低い電池モジュール４から充電を開始して、以後、電圧値の低い電池モジュール４の順に充電を開始し、満充電判定値以下の電池モジュール４の全てについて大電流が流れることを抑制しつつ、電圧値を均等化させて充電することができる。

例えば、ステップＳ４で、電圧値が第１の充電切替閾値として記憶された電池モジュール４を第１の電池モジュール、第２の充電切替閾値として記憶された電池モジュール４を第２の電池モジュールとすると、次の通りである。

すなわち、ｍ＝１であれば、最も電圧値の低い第１の電池モジュールから充電が開始され、第１の電池モジュールの電圧値が第２の充電切替閾値以上になると、第２の電池モジュールの充電が開始される。

これにより、各電池モジュール４の電圧値が近いタイミングで第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン状態に切り替えることができ、各電池モジュール４間を接続した際の電圧変動を抑制することができる。さらに、大電流が流れることも抑制しつつ、各電池モジュール４の蓄電池４１の電圧値を均等にすることができる。

次に、図４を参照して、本実施例に係る充放電制御システム１の動作の一例について、電池モジュール４（ａ）、４（ｂ）及び４（ｎ）を例に説明する。

図４に示すように、時刻ｔ１前においては、第１のスイッチ６が発電オン状態に切り替えられており、発電装置２が発電可能となっておらず、各電池モジュール４の第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８がオフ状態に切り替えられている状態である。

時刻ｔ１において、発電装置２における発電電圧が第１の電圧以上となると、制御装置７によって各電池モジュール４の電圧値を低い順に、第１、第２・・・第ｎの充電切替閾値として記憶される。図４においては、電池モジュール４（ａ）、電池モジュール４（ｂ）、電池モジュール４（ｎ）の順に電圧値が低い。したがって、時刻ｔ１時点での電池モジュール４（ａ）の電圧値が第１の充電切替閾値、電池モジュール４（ｂ）の電圧値が第２の充電切替閾値、電池モジュール４（ｎ）の電圧値が第ｎの充電切替閾値として決定される。

また、時刻ｔ１において、電池モジュール４（ａ）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る。これにより、電池モジュール４（ａ）の充電が開始される。

その後、時刻ｔ２において、電池モジュール４（ａ）の電圧値が、時刻ｔ１で決定された電池モジュール４（ｂ）の電圧値である第２の充電切替閾値以上となると、電池モジュール４（ｂ）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る。これにより、電池モジュール４（ｂ）の充電が開始される。

その後、時刻ｔ３において、電池モジュール４（ｂ）の電圧値が、時刻ｔ１で決定された電池モジュール４（ｎ）の電圧値である第ｎの充電切替閾値以上となると、電池モジュール４（ｎ）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る。これにより、電池モジュール４（ｎ）の充電が開始される。

その後、時刻ｔ４において、発電装置２における発電電圧が第２の電圧以上の状態で、電池モジュール４（ａ）、４（ｂ）及び４（ｎ）の電圧値がそれぞれ満充電判定値以上となると、フロート充電に移行する。

その後、電池モジュール４（ａ）、４（ｂ）及び４（ｎ）の電圧値がそれぞれ満充電判定値以上であっても、時刻ｔ５において、発電装置２における発電電圧が第２の電圧を下回ると、第１のスイッチ６がオフ状態に切り替えられ、フロート充電が停止される。

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の充電を行う場合に、蓄電池４１の電圧値が最も低い電池モジュールを第ｍの電池モジュール４（ｍ）、蓄電池４１の電圧値が２番目に低い電池モジュールを第ｍ＋１の電池モジュール４（ｍ＋１）としたとき、充電中の電池モジュール４（ｍ）の蓄電池４１の電圧値が電池モジュール４（ｍ＋１）の電圧値以上になったことを条件に、電池モジュール４（ｍ＋１）に対応する第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン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、各電池モジュール４の電圧値が近いタイミングで第２のスイッチ４２及び第３のスイッチ８をオン状態に切り替えることができ、各電池モジュール４間を接続した際の電圧変動を抑制することができる。さらに、大電流が流れることも抑制しつつ、各電池モジュール４の蓄電池４１の電圧値を均等にすることができる。これにより、複数の電池モジュール４間における使用頻度の偏りを抑制し、複数の電池モジュール４間における劣化の偏りを抑制することができる。

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の発電電圧が、複数の電池モジュール４のいずれの蓄電池４１の電圧値よりも大きい第１の電圧以上である場合、第１のスイッチ６を発電オン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、発電電圧がいずれかの蓄電池４１の電圧値よりも低い場合に電池モジュール４側から発電装置２側に電流が逆流してしまうことを防止でき、電流の逆流によって発電装置２が故障してしまうことを防止することができる。

また、本実施例に係る充放電制御システム１は、複数の電池モジュール４の全ての蓄電池４１の電圧値が満充電判定値以上であり、かつ、発電装置２の発電電圧が第１の電圧よりも小さい第２の電圧未満である場合、第１のスイッチ６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、発電電圧が第２の電圧未満であると、フロート充電を維持するための充電電圧を出力できないことから、発電装置２と電池モジュール４との間における不要な接続を回避することができる。

また、上記構成により、本実施例に係る充放電制御システム１は、発電電圧が満充電判定値より低い場合に発電装置２側に電流が逆流することによる発電装置２の故障を回避することができる。さらに、蓄電池４１からの無駄な放電を抑制することもできる。

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。

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、４（ｍ）、４（ｍ＋１） 電池モジュール
４（ｍ） 電池モジュール（第ｍの電池モジュール）
４（ｍ＋１） 電池モジュール（第ｍ＋１の電池モジュール）
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 (5)

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充電を行う場合に、
   前記蓄電池の電圧値が最も低い電池モジュールを第ｍの電池モジュール、前記蓄電池の電圧値が２番目に低い電池モジュールを第ｍ＋１の電池モジュールとしたとき、
   充電中の前記第ｍの電池モジュールの蓄電池の電圧値が第ｍ＋１の電池モジュールの電圧値以上になったことを条件に、前記第ｍ＋１の電池モジュールに対応する前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチをオン状態に切り替えることを特徴とする充放電制御システム。
2. 前記制御装置は、前記発電装置の発電電圧が、前記複数の電池モジュールのいずれの蓄電池の電圧値よりも大きい第１の電圧以上である場合、前記第１のスイッチを前記第１の接続路と前記発電装置とが接続される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. 前記制御装置は、前記複数の電池モジュールの全ての蓄電池の電圧値が、前記蓄電池を満充電とみなす満充電判定値以上であり、かつ、前記発電装置の発電電圧が、前記第１の電圧よりも小さい第２の電圧未満である場合、前記第１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３のいずれか１項に記載の充放電制御システム。
5. 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４のいずれか１項に記載の充放電制御システム。
   

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