JPWO2011055499A1 - 電池電源装置、及び電池電源システム - Google Patents

電池電源装置、及び電池電源システム Download PDF

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Abstract

二次電池と当該二次電池の充放電経路を遮断する遮断状態となり得る遮断素子との直列回路が複数並列に接続された電池ブロックと、前記電池ブロックに流れる電流の電流値である全体電流値の許容値の上限を示す電流制限値を設定する電流制限値設定部と、前記電池ブロックに含まれる複数の前記遮断素子のうち、前記遮断状態ではない遮断素子の数を、有効電池数として検出する有効電池数検出部とを備え、前記電流制限値設定部は、前記有効電池数検出部によって検出された有効電池数が減少するほど前記電流制限値が小さくなるように、前記電流制限値を設定する電池電源装置である。

Description

本発明は、複数の二次電池が並列接続された電池ブロックを備える電池電源装置、及びこれを用いる電池電源システムに関する。
従来より、二次電池を用いて負荷回路へ電力を供給する電池電源装置においては、負荷回路が必要とする出力電流量を確保する必要から、複数の二次電池を並列接続した電池ブロックが広く用いられている。
このような電池電源装置においては、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に過電流や過熱等の異常が生じた場合、正常時と同じようにこのような電池ブロックに対して充放電を行うと、二次電池を劣化させてしまうおそれがあった。
そこで、電池ブロックに含まれる一部の二次電池の異常、例えば脱落や断線等の異常を検出し、このような異常が生じた場合にスイッチング素子や保護素子をオフさせて、電池電源装置全体の充放電を禁止する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
しかしながら、上述の技術のように、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合に電池電源装置全体の充放電を禁止してしまうことが、好ましくない場合がある。
例えば、エンジンとモータとを用いたハイブリット自動車（HEV ; Hybrid Electric Vehicle）では、モータにより走行する場合には、電池電源装置からの放電電流によってモータを駆動し、電池ブロックを放電させる。一方、ＨＥＶの走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、ＨＥＶは、余剰のエンジン出力で発電機を駆動して電池電源装置の電池ブロックを充電する。また、ＨＥＶは、車両の制動や減速時には、モータを発電機として利用し、その回生電力によって電池電源装置の電池ブロックを充電する。
従って、電池電源装置がＨＥＶのような用途に用いられる場合には、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合に電池電源装置の充放電を禁止してしまうと、走行中の車両が停車してしまったり、発電機で発電された電力や回生電力を電池電源装置で吸収することが出来なくなって過電圧が生じてしまったりするおそれがある。
特開２００８−２７６５８号公報 特開２００８−７１５６８号公報
本発明の目的は、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合であっても、電池電源装置全体の充放電を禁止することなく、二次電池が劣化するおそれを低減することが容易な電池電源装置、及びこれを用いる電池電源システムを提供することである。
本発明の一局面に従う電池電源装置は、二次電池と当該二次電池の充放電経路を遮断する遮断状態となり得る遮断素子との直列回路が複数並列に接続された電池ブロックと、前記電池ブロックに流れる電流の電流値である全体電流値の許容値の上限を示す電流制限値を設定する電流制限値設定部と、前記電池ブロックに含まれる複数の前記遮断素子のうち、前記遮断状態ではない遮断素子の数を、有効電池数として検出する有効電池数検出部とを備え、前記電流制限値設定部は、前記有効電池数検出部によって検出された有効電池数が減少するほど前記電流制限値が小さくなるように、前記電流制限値を設定する。
また、本発明の一局面に従う電池電源システムは、上述の電池電源装置と、前記電池電源装置を充放電する外部装置をと備え、前記外部装置は、前記電池ブロックからの放電電流の供給を受け付ける負荷回路と、前記電池ブロックへ充電電流を供給する電流供給部と、前記電池ブロックに流れる電流が、前記電流制御部から送信された前記電流制限値を超えないように、前記電池ブロックから前記負荷回路へ供給される放電電流、及び前記電流供給部から前記電池ブロックへ供給される充電電流を調節する充放電制御部とを備える。
本発明の第１施形態に係る電池電源装置を備えた電池電源システムの一例を示すブロック図である。 図１に示す電池電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る電池電源システムの構成の一例を示すブロック図である。 図３に示す電池電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１施形態に係る電池電源装置を備えた電池電源システムの一例を示すブロック図である。
図１に示す電池電源システム３は、電池電源装置１と、外部装置２とが組み合わされて構成されている。図１に示す電池電源装置１は、ｍ個（例えば１０個）の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍと、全体電流検出部ＡＡと、制御部１０と、通信部１１と、接続端子１５，１６，１７とを備えている。
ｍ個の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍは、直列接続されている。電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの直列回路における正極が、全体電流検出部ＡＡを介して接続端子１５に接続されている。また、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの直列回路における負極が接続端子１６に接続されている。また、接続端子１７は、通信部１１に接続されている。
なお、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍは、図１では一本の導線で接続されているが、複数本の導線で接続されていてもよい。
図１に示す外部装置２は、充放電制御部２１、発電装置２２（電流供給部）、負荷装置２３（負荷回路）、通信部２４、及び接続端子２５，２６，２７を備えている。そして、接続端子２５，２６が、充放電制御部２１と接続され、接続端子２７が、通信部２４を介して充放電制御部２１と接続されている。また、発電装置２２と負荷装置２３とは、充放電制御部２１と接続されている。
そして、電池電源装置１と、外部装置２とが組み合わされると、接続端子１５，１６，１７と接続端子２５，２６，２７とがそれぞれ接続されるようになっている。
電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍは、同様に構成されているので、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍを代表してｉ番目の電池ブロックＢＢｉについて、その構成を説明する。
電池ブロックＢＢｉは、遮断素子の一例であるヒューズＦと二次電池Ｂとの直列回路がｎ個（例えば５０個）並列接続されて構成されている。以下、図１に記載の電池ブロックＢＢｉにおいて、各直列回路に含まれるヒューズＦ、及び二次電池Ｂを、図中左から順に付した番号ｊによって、ヒューズＦｉ−ｊ、二次電池Ｂｉ−ｊと表記する。
まず、電池ブロックＢＢｉにおける１番目の直列回路は、ヒューズＦｉ−１と、第１個別電流検出部Ａｘｉと、二次電池Ｂｉ−１とが直列接続されて構成されている。また、電池ブロックＢＢｉにおける番号ｊが２〜（ｎ−１）の直列回路は、ヒューズＦｉ−ｊと、二次電池Ｂｉ−ｊとが直列接続されて構成されている。電池ブロックＢＢｉにおけるｎ番目の直列回路は、ヒューズＦｉ−ｎと、第２個別電流検出部Ａｙｉと、二次電池Ｂｉ−ｎとが直列接続されて構成されている。
以下、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍを総称して電池ブロックＢＢと表記し、ヒューズＦｉ−１〜Ｆｉ−ｎ（ｉは電池ブロックの番号１〜ｍ）を総称してヒューズＦと表記し、二次電池Ｂｉ−１〜Ｂｉ−ｎ（ｉは電池ブロックの番号１〜ｍ）を総称して二次電池Ｂと表記し、第１個別電流検出部Ａｘ１〜Ａｘｍを総称して第１個別電流検出部Ａｘと表記し、第２個別電流検出部Ａｙ１〜Ａｙｍを総称して第２個別電流検出部Ａｙと表記する。
図１においては、１番目の直列回路に第１個別電流検出部Ａｘｉが含まれ、ｎ番目の直列回路に第２個別電流検出部Ａｙｉが含まれる例を示したが、第１及び第２個別電流検出部は、何番目の直列回路に含まれていてもよく、ヒューズＦと二次電池Ｂとの間に介設される例に限られない。また、電池ブロックＢＢに個別電流検出部が二つ設けられる例を示したが、第２個別電流検出部を備えない構成であってもよく、個別電流検出部は三つ以上設けられていてもよい。
全体電流検出部ＡＡ、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙは、例えばホール素子や、シャント抵抗、電流変成器等を用いて構成されている。なお、シャント抵抗や電流変成器は、電圧ロスが発生する。そのため、シャント抵抗や電流変成器を、電池ブロックＢＢ内で並列接続された各二次電池Ｂの一部にしか接続されない第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙとして用いると、各二次電池Ｂに印加される電圧（電流）のバランスが崩れる。
一方、ホール素子では、シャント抵抗や電流変成器よりも電圧ロスが少ない。従って、ホール素子を、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙとして用いると、各二次電池Ｂに印加される電圧（電流）のバランスが崩れるおそれが低減できる。そのため、ホール素子は、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙとして好適である。
そして、制御部１０は、全体電流検出部ＡＡ、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙで生じた電圧を例えばアナログデジタルコンバータでデジタル値に変換することによって、全体電流検出部ＡＡ、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙを流れる電流値を取得するようになっている。
これにより、全体電流検出部ＡＡは、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍに流れる全体電流値ＩＡＡを検出し、第１個別電流検出部Ａｘｉは、電池ブロックＢＢｉにおける左から１番目の直列回路に流れる第１個別電流値ＩＡｘｉを検出し、第２個別電流検出部Ａｙｉは、電池ブロックＢＢｉにおける左からｎ番目の直列回路に流れる第２個別電流値ＩＡｙｉを検出する。
二次電池Ｂとしては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等、種々の二次電池を用いることができる。なお、二次電池Ｂは、単電池であってもよく、単電池が直列、並列、あるいは直列と並列とが組み合わされて構成された組電池であってもよい。
ヒューズＦは、例えば当該ヒューズＦと直列接続された二次電池Ｂが短絡するなどして異常が生じた場合に遮断状態となって、当該二次電池Ｂに流れる電流を遮断するようになっている。なお、遮断素子として、ヒューズＦの代わりに例えばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）等、他の保護素子を用いてもよい。
通信部１１，２４は、通信インターフェイス回路である。接続端子１７と接続端子２７が接続されることで、通信部１１，２４間で、データ送受信が可能とされる。制御部１０と、充放電制御部２１とは、通信部１１，２４を介することで、互いにデータ送受信可能とされている。ここで、通信部１１は、電流制御部の一例に相当している。
制御部１０は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、アナログデジタルコンバータと、その周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部１０は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、有効電池数推定部１０１、及び電流制限値設定部１０２として機能する。
ここで、全体電流検出部ＡＡと、第１個別電流検出部Ａｘｉと、第２個別電流検出部Ａｙｉと、有効電池数推定部１０１とによって、有効電池数検出部の一例が構成されている。
有効電池数推定部１０１は、電池ブロックＢＢｉ（ｉ：１〜ｍ）について、第１個別電流検出部Ａｘｉによって検出された第１個別電流値ＩＡｘｉを個別電流値ＩＡｉとして用いる。また、有効電池数推定部１０１は、全体電流検出部ＡＡによって検出された全体電流値ＩＡＡを個別電流値ＩＡｉで除算して得られた商の、小数点以下を例えば四捨五入して得られた値を、有効電池数ＥＮｉとして算出する。有効電池数ＥＮｉは、電池ブロックＢＢｉにおけるヒューズＦｉ−１〜Ｆｉ−ｎのうち、遮断（断線）していないもの、すなわち遮断状態となっていないもの、の数を示している。
また、有効電池数推定部１０１は、第１個別電流検出部Ａｘｉによって検出された第１個別電流値ＩＡｘｉが、実質的にゼロであった場合、第２個別電流検出部Ａｙｉによって検出された第２個別電流値ＩＡｙｉを個別電流値ＩＡｉとして用いる。また、有効電池数推定部１０１は、全体電流検出部ＡＡによって検出された全体電流値ＩＡＡを個別電流値ＩＡｉで除算して得られた商の、小数点以下を例えば四捨五入して得られた値を、有効電池数ＥＮｉとして算出する。
なお、実質的にゼロ、とは、完全なゼロのみならず、第１個別電流検出部Ａｘｉによる電流の検出誤差程度の電流範囲を含めてゼロと見なす意である。
電流制限値設定部１０２は、電池ブロックＢＢに流れる電流の許容値の上限を示す電流制限値Ｉｕを設定する。具体的には、一つの電池ブロックについて、当該電池ブロックに含まれるヒューズＦが一つも遮断していないときにおいて、当該電池ブロックを充放電可能な上限値が標準電流制限値Ｉｓとして予め設定されている。
なお、標準電流制限値Ｉｓは、充電時と放電時とで、異なる値を用いるようにしてもよい。あるいは、電池の充電状態（ＳＯＣ）や温度等に応じて、標準電流制限値Ｉｓの値を変化させてもよい。
例えば、高温時においては、放電より充電の方が劣化が進行しやすいため、充電時に用いられる標準電流制限値Ｉｓ（充）を、放電時に用いられる標準電流制限値Ｉｓ（放）より小さな値に設定するようにしてもよい。
また、電池のＳＯＣが大きくなり満充電に近づくほど、充電時に用いられる標準電流制限値Ｉｓ（充）をゼロに近づけるように小さな値に設定し、電池のＳＯＣが小さくなって過放電に近づくほど、放電時に用いられる標準電流制限値Ｉｓ（放）をゼロに近づけるように小さな値に設定するようにしてもよい。
そして、電流制限値設定部１０２は、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの有効電池数ＥＮ１〜ＥＮｍのうちの最小値を、有効電池数ＥＮｍｉｎとして選択する。そして電流制限値設定部１０２は、下記の式（１）に基づき、電流制限値Ｉｕを、算出、設定すると共に通信部１１へ出力する。
Ｉｕ＝Ｉｓ×ＥＮｍｉｎ／ｎ ・・・（１）
式（１）において、ＥＮｍｉｎ／ｎが有効電池比率に対応している。
通信部１１は、電流制限値設定部１０２から受信した電流制限値Ｉｕを、通信部２４を介して充放電制御部２１へ送信することで、充放電制御部２１によって、電池ブロックＢＢに流れる全体電流値ＩＡＡが電流制限値Ｉｕを超えないように制御させる。
次に、外部装置２について、説明する。発電装置２２は、例えば太陽光発電装置（太陽電池）や、例えば風力や水力といった自然エネルギーやエンジン等の人工的な動力によって駆動される発電機等である。なお、充放電制御部２１は、発電装置２２の代わりに例えば商用電源に接続されていてもよい。
負荷装置２３は、電池電源装置１から供給される電力により駆動される各種の負荷であり、例えばモータやバックアップ対象の負荷機器であってもよい。
充放電制御部２１は、発電装置２２からの余剰電力や負荷装置２３で発生する回生電力を電池電源装置１の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍに充電する。また、充放電制御部２１は、負荷装置２３の消費電流が急激に増大したり、あるいは発電装置２２の発電量が低下して負荷装置２３の要求する電力が発電装置２２の出力を超えたりすると、電池電源装置１の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍから不足の電力を負荷装置２３へ供給する。
さらに、充放電制御部２１は、電流制限値設定部１０２から、通信部１１，２４を介して電流制限値Ｉｕを受信する。そして充放電制御部２１は、上述のように電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍを充放電させる際の全体電流値ＩＡＡが、電流制限値Ｉｕを超えないように電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの充放電電流値を制御する。
次に、このように構成された電池電源システム３の動作について説明する。図２は、図１に示す電池電源装置１の動作の一例を示すフローチャートである。まず、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの各二次電池Ｂに異常がなく、ヒューズＦが一つも遮断（溶断）していないときは、電流制限値設定部１０２によって、電流制限値Ｉｕの初期値として標準電流制限値Ｉｓが設定されており、この電流制限値Ｉｕが、充放電制御部２１に通知されている。
これにより、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍに流れる全体電流値ＩＡＡの絶対値は、充放電制御部２１によって、標準電流制限値Ｉｓを超えないように制限されている。
次に、ステップＳ１において、全体電流検出部ＡＡによって、全体電流値ＩＡＡが検出される。そして、有効電池数推定部１０１によって、電池ブロックＢＢの番号を示す変数ｉに、１が代入される（ステップＳ２）。
そして、ｉ番目の電池ブロックＢＢにおける第１個別電流検出部Ａｘｉによって、第１個別電流値ＩＡｘｉが検出される（ステップＳ３）。さらに、有効電池数推定部１０１によって、第１個別電流値ＩＡｘｉと閾値Ｉｚとが比較される（ステップＳ４）。ここで、閾値Ｉｚは、第１個別電流値ＩＡｘｉが実質的にゼロであるか否かを判定するための判定閾値である。例えば第１個別電流検出部Ａｘｉによる電流の検出誤差にある程度の余裕を持たせた値が閾値Ｉｚとして予め設定されている。
そして、第１個別電流値ＩＡｘｉが閾値Ｉｚを超えており、すなわち第１個別電流値ＩＡｘｉがゼロでなければ（ステップＳ４でＹＥＳ）、有効電池数推定部１０１によって、第１個別電流値ＩＡｘｉが個別電流値ＩＡｉとして設定される（ステップＳ５）。
一方、第１個別電流値ＩＡｘｉが閾値Ｉｚ以下であり、すなわち第１個別電流値ＩＡｘｉが実質的にゼロであれば（ステップＳ４でＮＯ）、ヒューズＦｉ−１が遮断して二次電池Ｂｉ−１には電流が流れていないと考えられる。そうすると、第１個別電流値ＩＡｘｉに基づき有効電池数ＥＮｉを推定することが出来ない。
そこで、ｉ番目の電池ブロックＢＢにおける第２個別電流検出部Ａｙｉによって、第２個別電流値ＩＡｙｉが検出される（ステップＳ６）。そして、有効電池数推定部１０１によって、第２個別電流値ＩＡｙｉが個別電流値ＩＡｉとして設定される（ステップＳ７）。
これにより、第１個別電流検出部Ａｘｉと直列接続されたヒューズＦｉ−１が遮断した場合であっても、ｉ番目の電池ブロックＢＢにおける有効電池数ＥＮｉを推定することが可能となる。
次に、有効電池数推定部１０１によって、全体電流値ＩＡＡが個別電流値ＩＡｉで除算され、例えば小数点以下が四捨五入されて、ｉ番目の電池ブロックＢＢにおける有効電池数ＥＮｉが算出される（ステップＳ８）。すなわち、電池ブロックＢＢｉに流れる電流の全体電流値ＩＡＡは、ヒューズＦが遮断されていない各二次電池Ｂｉにほぼ均等に分配され、その分配された一つ分の電流値が、個別電流値ＩＡｉとなる。従って、全体電流値ＩＡＡを個別電流値ＩＡｉで除算することで、有効電池数ＥＮｉを算出することが可能となる。
次に、有効電池数推定部１０１によって、変数ｉが電池ブロック数ｍと比較され（ステップＳ９）、変数ｉが電池ブロック数ｍに満たなければ（ステップＳ９でＮＯ）、次の電池ブロックＢＢについて有効電池数ＥＮｉを算出するべく変数ｉに１が加算されて（ステップＳ１０）、再びステップＳ３〜Ｓ９を繰り返す。
そして、変数ｉが電池ブロック数ｍ以上となれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、全ての電池ブロックＢＢについて有効電池数ＥＮ１〜ＥＮｍを算出し終えたことになるから、ステップＳ１１へ移行する。
ステップＳ１１では、有効電池数推定部１０１によって、有効電池数ＥＮ１〜ＥＮｍのうちの最小値が、有効電池数ＥＮｍｉｎとして設定される。この有効電池数ＥＮｍｉｎに基づき電流制限値Ｉｕを設定することで、遮断しているヒューズＦの数が最も多く、従って、充放電可能な電流値が最も少ない電池ブロックに合わせて、電流制限値Ｉｕを設定することができる。
次に、電流制限値設定部１０２によって、上記式（１）を用いて、電流制限値Ｉｕが算出される（ステップＳ１２）。式（１）によれば、有効電池数推定部１０１によって検出された有効電池数ＥＮｍｉｎが減少するほど電流制限値Ｉｕが小さくなるように、電流制限値Ｉｕが設定される。
具体的には、式（１）によれば、ヒューズＦが一つも遮断していないときに標準電流制限値Ｉｓの電流が電池ブロックＢＢｉに流れた場合に当該電池ブロックにおける二次電池Ｂｉ１〜Ｂｉｎのうち一つに流れる電流値を、ヒューズＦが１つ又は複数遮断した場合に遮断されていないヒューズＦと直列接続された二次電池Ｂ一つに流れる電流値が超えないように、電流制限値Ｉｕを設定することができる。
次に、電流制限値Ｉｕが、電流制限値設定部１０２によって通信部１１へ出力され、通信部１１によって通信部２４を介して充放電制御部２１へ送信される（ステップＳ１３）。
これにより、充放電制御部２１によって、電池電源装置１の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍに流れる電流値が、電流制限値Ｉｕを超えないように制限されるので、電池ブロックＢＢに含まれるヒューズＦの一部が遮断して一部の二次電池Ｂが切り離されたために、残りの二次電池Ｂに流れる電流が増加して残りの二次電池Ｂを劣化させてしまうおそれが低減される。
なお、電池ブロックＢＢが複数、直列接続されている例を示したが、電池ブロックＢＢは一つであってもよい。その場合、ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１を省略し、有効電池数ＥＮｍｉｎの代わりにステップＳ８で得られた有効電池数ＥＮｉを用いるようにすればよい。
また、必ずしも第２個別電流検出部Ａｙを備える必要はなく、第１個別電流検出部Ａｘのみ用いてステップＳ４、Ｓ６、Ｓ７を省略するようにしてもよい。しかしながら、第２個別電流検出部Ａｙを備えてステップＳ４、Ｓ６、Ｓ７を実行すると、第１個別電流検出部Ａｘと直列接続されたヒューズＦが遮断してしまった場合であっても有効電池数を算出できる点で、より望ましい。
また、個別電流検出部を二つ備える例を示したが、個別電流検出部を三つ以上備えて、各個別電流検出部の検出電流値が実質的にゼロであった場合に他の個別電流検出部の検出電流値を個別電流値として用いるようにしてもよい。
また、全体電流検出部ＡＡと、第１個別電流検出部Ａｘｉと、第２個別電流検出部Ａｙｉと、有効電池数推定部１０１とによって、有効電池数検出部を構成する例に限らない。例えば、複数の二次電池Ｂが並列接続された電池ブロックＢＢの内部抵抗を検出し、ヒューズＦが溶断するとその内部抵抗が増大することから、その内部抵抗の変化量に基づき有効電池数を算出するようにしてもよい。しかしながら、例えば内部抵抗値がＲｉである電池ブロックＢＢにおいて、ｎ個並列接続された二次電池Ｂが一つ、ヒューズＦの遮断により切り離された場合の内部抵抗値の変化量は、Ｒｉ／ｎより小さい。
それに対し、図１に示す全体電流検出部ＡＡと、第１個別電流検出部Ａｘｉと、第２個別電流検出部Ａｙｉと、有効電池数推定部１０１とによって構成された有効電池数検出部によれば、ｎ個並列接続された二次電池Ｂが一つ、ヒューズＦの遮断により切り離された場合の第１個別電流値ＩＡｘｉ又は第２個別電流値ＩＡｙｉの変化量は、それぞれＩＡｘｉ／ｎ、ＩＡｙｉ／ｎとなるから、遮断された電池数に対して得られる検出値の変化量が、内部抵抗値に基づく場合よりも大きくなる結果、その変化量に基づく有効電池数ＥＮｉの算出精度が向上する点で、より望ましい。
また、充放電制御部２１が外部装置２に設けられ、通信部１１によって電流制限値Ｉｕを送信することで、充放電制御部２１によって充放電電流値を制限させる例を示したが、例えば、電池電源装置１が、充放電制御部２１を備える構成としてもよい。この場合、充放電制御部２１が、電流制限部の一例に相当する。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る電池電源システム３ａについて説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る電池電源システム３ａの構成の一例を示すブロック図である。図３に示す電池電源システム３ａと図１に示す電池電源システム３とでは、電池電源装置１ａの構成が、下記の点で異なる。
図３に示す電池電源装置１ａは、電池電源装置１における電池ブロックＢＢの代わりに電池ブロックＢＢａを備え、制御部１０の代わりに制御部１０ａを備えている。電池ブロックＢＢａは、電池ブロックＢＢにおけるヒューズＦの代わりに、スイッチング素子ＳＷを備えている。スイッチング素子ＳＷは、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）やリレースイッチ等のスイッチング素子である。
また、電池ブロックＢＢａに含まれるすべての二次電池Ｂと直列に、第１個別電流検出部Ａｘｉと同様に構成された電流検出部Ａが接続され、各二次電池Ｂに流れる電流値をそれぞれ検出可能とされている。
制御部１０ａは、制御部１０における有効電池数推定部１０１の代わりに、異常検出部１０３と、開閉制御部１０４と、有効電池数検出部１０５とを備えている。
異常検出部１０３は、各電流検出部Ａによって検出された電流値が、例えば過電流を示す電流値として予め設定された異常判定値を超えると、当該電流値を検出した電流検出部Ａと直列接続された二次電池Ｂに異常が生じたものと判定する。
なお、異常検出部１０３は、各二次電池Ｂを流れる電流値に基づき異常を検出する例に限らない。例えば、各電池ブロックＢＢａが、各電流検出部Ａの代わりに各二次電池Ｂの温度を検出する温度センサを備え、異常検出部１０３は、各温度センサで検出された温度が、予め設定された異常判定値を超えると、当該温度を検出した温度センサと直列接続された二次電池Ｂに異常が生じたものと判定するようにしてもよい。
開閉制御部１０４は、異常検出部１０３によって異常が検出されたとき、当該異常が検出された二次電池Ｂと直列接続されているスイッチング素子ＳＷをオフ（開）させる。また、開閉制御部１０４は、各スイッチング素子ＳＷのオンオフ状態を示すスイッチング素子情報を、有効電池数検出部１０５へ送信する。
有効電池数検出部１０５は、開閉制御部１０４から送信されたスイッチング素子情報に基づいて、各電池ブロックＢに含まれる複数のスイッチング素子ＳＷのうち開閉制御部１０４が閉じさせているスイッチング素子の数を、有効電池数として検出する。
その他の構成は図１に示す電池電源システム３と同様であるのでその説明を省略する。以下、図３に示す電池電源装置１ａの動作について説明する。図４は、図３に示す電池電源装置１ａの動作の一例を示すフローチャートである。なお、図４において、図２に示すフローチャートと同様の動作については同じステップ番号を付してその説明を省略する。
まず、異常検出部１０３によって、電池ブロックＢＢａの番号を示す変数ｉに、１が代入される（ステップＳ２）。次に、電池ブロックＢＢａｉにおける、各電流検出部Ａによって、電池ブロックＢＢａｉに含まれる各二次電池Ｂｉに流れる電流がそれぞれ検出される。そして、その検出された電流値が例えばアナログデジタルコンバータによってデジタル値に変換されて、異常検出部１０３により取得される（ステップＳ２１）。
そしてこのようにして得られた各二次電池Ｂｉに流れる電流値が、それぞれ異常検出部１０３によって異常判定値と比較され、異常判定値以下であればその電流が検出された二次電池Ｂｉが異常なし、異常判定値を超えていればその電流が検出された二次電池Ｂｉが異常有りと判定される（ステップＳ２２）。
次に、異常検出部１０３によって異常有りと判定された二次電池Ｂｉと接続されたスイッチング素子ＳＷｉを、開閉制御部１０４がオフする。そして、各スイッチング素子ＳＷｉのオン、オフ状態を示すスイッチング素子情報を、開閉制御部１０４が、有効電池数検出部１０５へ出力する（ステップＳ２３）。
次に、有効電池数検出部１０５が、スイッチング素子情報に基づいて、電池ブロックＢＢａｉにおける各スイッチング素子ＳＷｉのうち開閉制御部１０４がオン（閉）させているスイッチング素子の数を、有効電池数ＥＮｉとして検出する（ステップＳ２４）。
このように、遮断素子として開閉制御可能なスイッチング素子を用い、開閉制御部１０４を用いて、スイッチング素子のオン、オフを制御することにより、異常が検出された二次電池Ｂに流れる電流を遮断するようにした場合には、開閉制御部１０４の制御情報（スイッチング素子情報）を用いて、有効電池数ＥＮｉを取得することができる。
次に、有効電池数検出部１０５によって、変数ｉが電池ブロック数ｍと比較され（ステップＳ９）、変数ｉが電池ブロック数ｍに満たなければ（ステップＳ９でＮＯ）、次の電池ブロックＢＢａについて有効電池数ＥＮｉを算出するべく変数ｉに１加算されて（ステップＳ１０）、再びステップＳ２１〜Ｓ２４を繰り返す。
そして、変数ｉが電池ブロック数ｍ以上となれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、全ての電池ブロックＢＢａについて有効電池数ＥＮ１〜ＥＮｍを算出し終えたことになるから、ステップＳ１１へ移行する。以下、ステップＳ１１〜Ｓ１３の動作は、図２に示すフローチャートと同様であるからその説明を省略する。
即ち、本発明の一局面に従う電池電源装置は、二次電池と当該二次電池の充放電経路を遮断する遮断状態となり得る遮断素子との直列回路が複数並列に接続された電池ブロックと、前記電池ブロックに流れる電流の電流値である全体電流値の許容値の上限を示す電流制限値を設定する電流制限値設定部と、前記電池ブロックに含まれる複数の前記遮断素子のうち、前記遮断状態ではない遮断素子の数を、有効電池数として検出する有効電池数検出部とを備え、前記電流制限値設定部は、前記有効電池数検出部によって検出された有効電池数が減少するほど前記電流制限値が小さくなるように、前記電流制限値を設定する。
この構成によれば、複数並列に接続された二次電池のそれぞれに、充放電経路を遮断するための遮断素子が直列接続されている。そのため、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合、当該異常が生じた一部の二次電池のみ、遮断素子によって充放電経路を遮断することができる結果、電池電源装置そのものの充放電を禁止することなく、異常が生じた一部の二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
このとき、一部の遮断素子を遮断状態にすると、その遮断素子によって遮断された二次電池に流れていた電流は、充放電経路が遮断されていない残りの二次電池に分配される。そのため、充放電経路が遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が増大することとなる。従って、もし仮に電池ブロックに流れる電流の許容値の上限を示す電流制限値が、遮断素子が一つも遮断されていないときのままになっていると、この電流制限値に基づいて電池電源装置の充放電を行う場合、電池ブロック単位では電流制限値以下、すなわち許容範囲内の電流値になっていても、充放電経路が遮断されていない残りの二次電池に流れる電流は、二次電池単体での許容電流値を超えるおそれがある。その結果、二次電池を劣化させてしまうおそれがある。
そこで、有効電池数検出部によって、電池ブロック一つに含まれる複数の遮断素子のうち、遮断状態ではない遮断素子の数が、有効電池数として検出される。そして、電流制限値設定部によって、有効電池数が減少するほど電流制限値が小さくなるように、当該電流制限値が設定される。これにより、一部の遮断素子が遮断状態となった場合、有効電池数が減少して電流制限値が小さくされるので、この電流制限値に基づき電池電源装置の充放電を行うことで、充放電経路が遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が減少される。従って、遮断されていない残りの二次電池が劣化するおそれを低減することが容易となる。
また、前記電流制限値設定部は、前記電池ブロックに含まれるすべての前記遮断素子が前記遮断状態でないときにおける前記全体電流値の許容値の上限を標準電流制限値とし、前記電池ブロック一つに含まれる二次電池の数に対する前記有効電池数の比率を有効電池比率とし、前記標準電流制限値と前記有効電池比率とを乗じた値を、前記電流制限値として設定することが好ましい。
この構成によれば、電池ブロックに流れる電流値を、電流制限値設定部によって設定された制限電流値を超えないように制限することで、遮断素子が一つも遮断状態になっていないときに電池ブロックへ標準電流制限値の電流が流れた場合に各二次電池に分配されて流れる電流値、すなわち各二次電池の許容電流値を、超えないように制限することができる。従って、二次電池が劣化するおそれを低減することが容易となる。
また、前記有効電池数検出部は、前記全体電流値を検出する全体電流検出部と、前記電池ブロックに含まれる複数の二次電池のうち一つに流れる電流を示す第１個別電流値を検出する第１個別電流検出部と、前記第１個別電流検出部によって検出された第１個別電流値を個別電流値として用い、前記全体電流検出部によって検出された全体電流値と当該個別電流値とに基づいて、前記有効電池数を推定する有効電池数推定部とを含むことが好ましい。
この構成によれば、電池ブロックに含まれる複数の二次電池のうち一つに流れる電流値が、第１個別電流検出部によって第１個別電流値として検出される。そして、この第１個別電流値は、全体電流検出部によって検出された全体電流値の電流が、遮断されていない有効な二次電池に分配されたものである。そうすると、一部の遮断素子が遮断されて、有効電池数が減少するほど、第１個別電流値は増大することになるから、有効電池数推定部は、全体電流値と第１個別電流値とに基づいて、有効電池数を推定することができる。
また、前記第１個別電流検出部は、ホール素子を用いて構成されていることが好ましい。
第１個別電流検出部は電池ブロックに含まれる複数の二次電池のうち一つと接続されることとなるから、第１個別電流検出部による電圧ロス（電圧降下）が大きいと、第１個別電流検出部が接続された二次電池と他の二次電池との間で印加電圧や充電電流に差異が生じて各二次電池の状態が不均一になる。一方、ホール素子は、電圧ロスが極めて小さいから、第１個別電流検出部としてホール素子を用いると、第１個別電流検出部が接続された二次電池と他の二次電池との間での印加電圧や充電電流の差異が低減できる結果、各二次電池の状態が不均一になるおそれを低減できる。
また、前記有効電池数検出部は、前記電池ブロックに含まれる複数の二次電池のうち前記第１個別電流検出部により電流が検出される二次電池以外の一つに流れる電流を示す第２個別電流値を検出する第２個別電流検出部をさらに備え、前記有効電池数推定部は、前記第１個別電流検出部によって検出された第１個別電流値が、実質的にゼロであった場合、前記第２個別電流検出部によって検出された第２個別電流値を個別電流値として用い、前記全体電流検出部によって検出された全体電流値と前記個別電流値とに基づいて、前記有効電池数を推定することが好ましい。
第１個別電流検出部が接続された二次電池と直列接続された遮断素子が遮断されてしまうと、第１個別電流値はゼロになってしまうため、この第１個別電流値に基づいて有効電池数を推定することができなくなる。そこで、有効電池数推定部は、第１個別電流検出部によって検出された第１個別電流値が実質的にゼロであった場合、第２個別電流検出部によって検出された第２個別電流値を個別電流値として用いることで、例え第１個別電流検出部が接続された二次電池と直列接続された遮断素子が遮断された場合であっても、全体電流検出部によって検出された全体電流値と当該個別電流値とに基づいて、有効電池数を推定することができる。
また、前記有効電池数推定部は、前記全体電流値を前記個別電流値によって除算することにより、前記有効電池数を推定することが好ましい。
この構成によれば、有効電池数検出部は、全体電流値を個別電流値によって除算する簡単な演算によって、有効電池数を推定することができるので、簡素な構成で有効電池数検出部を構成することができる。
また、前記遮断素子は、開閉可能なスイッチング素子であり、前記電池電源装置は、前記各二次電池の異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部によって異常が検出された二次電池に直列接続されているスイッチング素子を開かせる開閉制御部とをさらに備え、前記有効電池数検出部は、前記電池ブロックに含まれる複数のスイッチング素子のうち前記開閉制御部が閉じさせているスイッチング素子の数を、前記有効電池数として検出するようにしてもよい。
この構成によれば、異常検出部によって異常が検出された二次電池と直列接続されているスイッチング素子が、開閉制御部によってオフされて、当該二次電池が保護される。この場合、開閉制御部によるスイッチング素子の制御内容からスイッチング素子の開閉状態が判るから、有効電池数検出部は、電池ブロックに含まれる複数のスイッチング素子のうち開閉制御部が閉じさせているスイッチング素子の数を、有効電池数として検出することができる。従って、有効電池数を検出することが容易となる。
また、前記各遮断素子は、当該各遮断素子と直列接続された二次電池に異常が生じた場合に前記遮断状態となる保護素子であることが好ましい。
この構成によれば、上述の異常検出部や開閉制御部を備えなくても、各保護素子によって各二次電池が保護されるので、簡素な構成で二次電池の保護を行うことが可能となる。
また、前記電池ブロックが複数直列接続されており、前記有効電池数検出部は、前記各電池ブロックに含まれる前記複数の遮断素子のうち、遮断していない遮断素子の数を、前記各電池ブロックにおける個別の有効電池数としてそれぞれ検出し、前記電流制限値設定部は、前記有効電池数検出部によって検出された複数の前記個別の有効電池数のうちの最小値を前記有効電池数として用いることが好ましい。
この構成によれば、複数の二次電池が並列接続された電池ブロックが、複数直列接続されている場合、各電池ブロックのうち最も有効電池数が少なく、従って二次電池一つに分配される電流が最も多くなる電池ブロックにおいても、二次電池一つに流れる電流が当該二次電池の許容電流値を超えないように、電流制限値を設定することができる。
また、前記全体電流値が、前記電流制限値設定部によって設定された電流制限値を超えないように前記電池ブロックに流れる電流を制御する電流制御部をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、電流制御部によって、電池ブロックに流れる電流が、電流制限値設定部によって設定された電流制限値を超えないように制御される。その結果、一部の遮断素子が遮断した場合であっても、遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が増大するおそれが低減されるので、二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
また、前記電流制御部は、前記電池ブロックを充放電する外部装置へ、前記電流制限値設定部で設定された電流制限値を送信することによって、前記電池ブロックに流れる電流が当該電流制限値を超えないように前記外部装置によって制御させるようにしてもよい。
この構成によれば、電池ブロックの充放電が電池電源装置の外部に設けられた外部装置によって制御されている場合であっても、電流制御部によって、外部装置へ電流制限値が送信されて、電池ブロックに流れる電流が当該電流制限値を超えないように前記外部装置によって制御させることができる。従って、一部の遮断素子が遮断した場合であっても、遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が増大するおそれが低減される結果、二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
また、本発明の一局面に従う電池電源システムは、上述の電池電源装置と、前記電池電源装置を充放電する外部装置をと備え、前記外部装置は、前記電池ブロックからの放電電流の供給を受け付ける負荷回路と、前記電池ブロックへ充電電流を供給する電流供給部と、前記電池ブロックに流れる電流が、前記電流制御部から送信された前記電流制限値を超えないように、前記電池ブロックから前記負荷回路へ供給される放電電流、及び前記電流供給部から前記電池ブロックへ供給される充電電流を調節する充放電制御部とを備える。
この構成によれば、上述の電池電源装置と、この電池電源装置の電池ブロックからの放電電流の供給を受け付ける負荷回路と、この電池ブロックへ充電電流を供給する電流供給部とを備えた電池電源システムにおいて、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合であっても、電池電源装置全体の充放電を禁止することなく、二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
このような構成の電池電源装置、及びこれを用いる電池電源システムは、複数並列に接続された二次電池のそれぞれに、充放電経路を遮断するための遮断素子が直列接続されているので、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合、当該異常が生じた一部の二次電池のみ、遮断素子によって充放電経路を遮断することができる結果、電池電源装置そのものの充放電を禁止することなく、異常が生じた一部の二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
さらに、有効電池数検出部によって、電池ブロック一つに含まれる複数の遮断素子のうち、遮断していない遮断素子の数が、有効電池数として検出され、電流制限値設定部によって、有効電池数が減少するほど電流制限値が小さくなるように、当該電流制限値が設定される。これにより、一部の遮断素子が遮断した場合、有効電池数が減少して電流制限値が小さくされるので、この電流制限値に基づき電池電源装置の充放電を行うことで、遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が減少される結果、遮断されていない残りの二次電池が劣化するおそれが低減することが容易となる。
この出願は、２００９年１１月６日に出願された日本国特許出願特願２００９−２５５０００を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様又は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
本発明に係る電池電源装置、及びこれを用いた電池電源システムは、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、ハイブリッドエレベータ、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム、無停電源装置等の電池搭載装置、システムにおいて、好適に利用することができる。
本発明は、複数の二次電池が並列接続された電池ブロックを備える電池電源装置、及びこれを用いる電池電源システムに関する。
従来より、二次電池を用いて負荷回路へ電力を供給する電池電源装置においては、負荷回路が必要とする出力電流量を確保する必要から、複数の二次電池を並列接続した電池ブロックが広く用いられている。
このような電池電源装置においては、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に過電流や過熱等の異常が生じた場合、正常時と同じようにこのような電池ブロックに対して充放電を行うと、二次電池を劣化させてしまうおそれがあった。
そこで、電池ブロックに含まれる一部の二次電池の異常、例えば脱落や断線等の異常を検出し、このような異常が生じた場合にスイッチング素子や保護素子をオフさせて、電池電源装置全体の充放電を禁止する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
特開２００８−２７６５８号公報 特開２００８−７１５６８号公報
しかしながら、上述の技術のように、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合に電池電源装置全体の充放電を禁止してしまうことが、好ましくない場合がある。
例えば、エンジンとモータとを用いたハイブリット自動車（HEV ; Hybrid Electric Vehicle）では、モータにより走行する場合には、電池電源装置からの放電電流によってモータを駆動し、電池ブロックを放電させる。一方、ＨＥＶの走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、ＨＥＶは、余剰のエンジン出力で発電機を駆動して電池電源装置の電池ブロックを充電する。また、ＨＥＶは、車両の制動や減速時には、モータを発電機として利用し、その回生電力によって電池電源装置の電池ブロックを充電する。
従って、電池電源装置がＨＥＶのような用途に用いられる場合には、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合に電池電源装置の充放電を禁止してしまうと、走行中の車両が停車してしまったり、発電機で発電された電力や回生電力を電池電源装置で吸収することが出来なくなって過電圧が生じてしまったりするおそれがある。
本発明の目的は、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合であっても、電池電源装置全体の充放電を禁止することなく、二次電池が劣化するおそれを低減することが容易な電池電源装置、及びこれを用いる電池電源システムを提供することである。
本発明の一局面に従う電池電源装置は、二次電池と当該二次電池の充放電経路を遮断する遮断状態となり得る遮断素子との直列回路が複数並列に接続された電池ブロックと、前記電池ブロックに流れる電流の電流値である全体電流値の許容値の上限を示す電流制限値を設定する電流制限値設定部と、前記電池ブロックに含まれる複数の前記遮断素子のうち、前記遮断状態ではない遮断素子の数を、有効電池数として検出する有効電池数検出部とを備え、前記電流制限値設定部は、前記有効電池数検出部によって検出された有効電池数が減少するほど前記電流制限値が小さくなるように、前記電流制限値を設定する。
また、本発明の一局面に従う電池電源システムは、上述の電池電源装置と、前記電池電源装置を充放電する外部装置をと備え、前記外部装置は、前記電池ブロックからの放電電流の供給を受け付ける負荷回路と、前記電池ブロックへ充電電流を供給する電流供給部と、前記電池ブロックに流れる電流が、前記電流制御部から送信された前記電流制限値を超えないように、前記電池ブロックから前記負荷回路へ供給される放電電流、及び前記電流供給部から前記電池ブロックへ供給される充電電流を調節する充放電制御部とを備える。
このような構成の電池電源装置、及びこれを用いる電池電源システムは、複数並列に接続された二次電池のそれぞれに、充放電経路を遮断するための遮断素子が直列接続されているので、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合、当該異常が生じた一部の二次電池のみ、遮断素子によって充放電経路を遮断することができる結果、電池電源装置そのものの充放電を禁止することなく、異常が生じた一部の二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
さらに、有効電池数検出部によって、電池ブロック一つに含まれる複数の遮断素子のうち、遮断していない遮断素子の数が、有効電池数として検出され、電流制限値設定部によって、有効電池数が減少するほど電流制限値が小さくなるように、当該電流制限値が設定される。これにより、一部の遮断素子が遮断した場合、有効電池数が減少して電流制限値が小さくされるので、この電流制限値に基づき電池電源装置の充放電を行うことで、遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が減少される結果、遮断されていない残りの二次電池が劣化するおそれが低減することが容易となる。
本発明の第１施形態に係る電池電源装置を備えた電池電源システムの一例を示すブロック図である。 図１に示す電池電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る電池電源システムの構成の一例を示すブロック図である。 図３に示す電池電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１施形態に係る電池電源装置を備えた電池電源システムの一例を示すブロック図である。
図１に示す電池電源システム３は、電池電源装置１と、外部装置２とが組み合わされて構成されている。図１に示す電池電源装置１は、ｍ個（例えば１０個）の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍと、全体電流検出部ＡＡと、制御部１０と、通信部１１と、接続端子１５，１６，１７とを備えている。
ｍ個の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍは、直列接続されている。電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの直列回路における正極が、全体電流検出部ＡＡを介して接続端子１５に接続されている。また、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの直列回路における負極が接続端子１６に接続されている。また、接続端子１７は、通信部１１に接続されている。
なお、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍは、図１では一本の導線で接続されているが、複数本の導線で接続されていてもよい。
図１に示す外部装置２は、充放電制御部２１、発電装置２２（電流供給部）、負荷装置２３（負荷回路）、通信部２４、及び接続端子２５，２６，２７を備えている。そして、接続端子２５，２６が、充放電制御部２１と接続され、接続端子２７が、通信部２４を介して充放電制御部２１と接続されている。また、発電装置２２と負荷装置２３とは、充放電制御部２１と接続されている。
そして、電池電源装置１と、外部装置２とが組み合わされると、接続端子１５，１６，１７と接続端子２５，２６，２７とがそれぞれ接続されるようになっている。
電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍは、同様に構成されているので、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍを代表してｉ番目の電池ブロックＢＢｉについて、その構成を説明する。
電池ブロックＢＢｉは、遮断素子の一例であるヒューズＦと二次電池Ｂとの直列回路がｎ個（例えば５０個）並列接続されて構成されている。以下、図１に記載の電池ブロックＢＢｉにおいて、各直列回路に含まれるヒューズＦ、及び二次電池Ｂを、図中左から順に付した番号ｊによって、ヒューズＦｉ−ｊ、二次電池Ｂｉ−ｊと表記する。
まず、電池ブロックＢＢｉにおける１番目の直列回路は、ヒューズＦｉ−１と、第１個別電流検出部Ａｘｉと、二次電池Ｂｉ−１とが直列接続されて構成されている。また、電池ブロックＢＢｉにおける番号ｊが２〜（ｎ−１）の直列回路は、ヒューズＦｉ−ｊと、二次電池Ｂｉ−ｊとが直列接続されて構成されている。電池ブロックＢＢｉにおけるｎ番目の直列回路は、ヒューズＦｉ−ｎと、第２個別電流検出部Ａｙｉと、二次電池Ｂｉ−ｎとが直列接続されて構成されている。
以下、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍを総称して電池ブロックＢＢと表記し、ヒューズＦｉ−１〜Ｆｉ−ｎ（ｉは電池ブロックの番号１〜ｍ）を総称してヒューズＦと表記し、二次電池Ｂｉ−１〜Ｂｉ−ｎ（ｉは電池ブロックの番号１〜ｍ）を総称して二次電池Ｂと表記し、第１個別電流検出部Ａｘ１〜Ａｘｍを総称して第１個別電流検出部Ａｘと表記し、第２個別電流検出部Ａｙ１〜Ａｙｍを総称して第２個別電流検出部Ａｙと表記する。
図１においては、１番目の直列回路に第１個別電流検出部Ａｘｉが含まれ、ｎ番目の直列回路に第２個別電流検出部Ａｙｉが含まれる例を示したが、第１及び第２個別電流検出部は、何番目の直列回路に含まれていてもよく、ヒューズＦと二次電池Ｂとの間に介設される例に限られない。また、電池ブロックＢＢに個別電流検出部が二つ設けられる例を示したが、第２個別電流検出部を備えない構成であってもよく、個別電流検出部は三つ以上設けられていてもよい。
全体電流検出部ＡＡ、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙは、例えばホール素子や、シャント抵抗、電流変成器等を用いて構成されている。なお、シャント抵抗や電流変成器は、電圧ロスが発生する。そのため、シャント抵抗や電流変成器を、電池ブロックＢＢ内で並列接続された各二次電池Ｂの一部にしか接続されない第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙとして用いると、各二次電池Ｂに印加される電圧（電流）のバランスが崩れる。
一方、ホール素子では、シャント抵抗や電流変成器よりも電圧ロスが少ない。従って、ホール素子を、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙとして用いると、各二次電池Ｂに印加される電圧（電流）のバランスが崩れるおそれが低減できる。そのため、ホール素子は、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙとして好適である。
そして、制御部１０は、全体電流検出部ＡＡ、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙで生じた電圧を例えばアナログデジタルコンバータでデジタル値に変換することによって、全体電流検出部ＡＡ、第１個別電流検出部Ａｘ、及び第２個別電流検出部Ａｙを流れる電流値を取得するようになっている。
これにより、全体電流検出部ＡＡは、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍに流れる全体電流値ＩＡＡを検出し、第１個別電流検出部Ａｘｉは、電池ブロックＢＢｉにおける左から１番目の直列回路に流れる第１個別電流値ＩＡｘｉを検出し、第２個別電流検出部Ａｙｉは、電池ブロックＢＢｉにおける左からｎ番目の直列回路に流れる第２個別電流値ＩＡｙｉを検出する。
二次電池Ｂとしては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等、種々の二次電池を用いることができる。なお、二次電池Ｂは、単電池であってもよく、単電池が直列、並列、あるいは直列と並列とが組み合わされて構成された組電池であってもよい。
ヒューズＦは、例えば当該ヒューズＦと直列接続された二次電池Ｂが短絡するなどして異常が生じた場合に遮断状態となって、当該二次電池Ｂに流れる電流を遮断するようになっている。なお、遮断素子として、ヒューズＦの代わりに例えばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）等、他の保護素子を用いてもよい。
通信部１１，２４は、通信インターフェイス回路である。接続端子１７と接続端子２７が接続されることで、通信部１１，２４間で、データ送受信が可能とされる。制御部１０と、充放電制御部２１とは、通信部１１，２４を介することで、互いにデータ送受信可能とされている。ここで、通信部１１は、電流制御部の一例に相当している。
制御部１０は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、アナログデジタルコンバータと、その周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部１０は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、有効電池数推定部１０１、及び電流制限値設定部１０２として機能する。
ここで、全体電流検出部ＡＡと、第１個別電流検出部Ａｘｉと、第２個別電流検出部Ａｙｉと、有効電池数推定部１０１とによって、有効電池数検出部の一例が構成されている。
有効電池数推定部１０１は、電池ブロックＢＢｉ（ｉ：１〜ｍ）について、第１個別電流検出部Ａｘｉによって検出された第１個別電流値ＩＡｘｉを個別電流値ＩＡｉとして用いる。また、有効電池数推定部１０１は、全体電流検出部ＡＡによって検出された全体電流値ＩＡＡを個別電流値ＩＡｉで除算して得られた商の、小数点以下を例えば四捨五入して得られた値を、有効電池数ＥＮｉとして算出する。有効電池数ＥＮｉは、電池ブロックＢＢｉにおけるヒューズＦｉ−１〜Ｆｉ−ｎのうち、遮断（断線）していないもの、すなわち遮断状態となっていないもの、の数を示している。
また、有効電池数推定部１０１は、第１個別電流検出部Ａｘｉによって検出された第１個別電流値ＩＡｘｉが、実質的にゼロであった場合、第２個別電流検出部Ａｙｉによって検出された第２個別電流値ＩＡｙｉを個別電流値ＩＡｉとして用いる。また、有効電池数推定部１０１は、全体電流検出部ＡＡによって検出された全体電流値ＩＡＡを個別電流値ＩＡｉで除算して得られた商の、小数点以下を例えば四捨五入して得られた値を、有効電池数ＥＮｉとして算出する。
なお、実質的にゼロ、とは、完全なゼロのみならず、第１個別電流検出部Ａｘｉによる電流の検出誤差程度の電流範囲を含めてゼロと見なす意である。
電流制限値設定部１０２は、電池ブロックＢＢに流れる電流の許容値の上限を示す電流制限値Ｉｕを設定する。具体的には、一つの電池ブロックについて、当該電池ブロックに含まれるヒューズＦが一つも遮断していないときにおいて、当該電池ブロックを充放電可能な上限値が標準電流制限値Ｉｓとして予め設定されている。
なお、標準電流制限値Ｉｓは、充電時と放電時とで、異なる値を用いるようにしてもよい。あるいは、電池の充電状態（ＳＯＣ）や温度等に応じて、標準電流制限値Ｉｓの値を変化させてもよい。
例えば、高温時においては、放電より充電の方が劣化が進行しやすいため、充電時に用いられる標準電流制限値Ｉｓ（充）を、放電時に用いられる標準電流制限値Ｉｓ（放）より小さな値に設定するようにしてもよい。
また、電池のＳＯＣが大きくなり満充電に近づくほど、充電時に用いられる標準電流制限値Ｉｓ（充）をゼロに近づけるように小さな値に設定し、電池のＳＯＣが小さくなって過放電に近づくほど、放電時に用いられる標準電流制限値Ｉｓ（放）をゼロに近づけるように小さな値に設定するようにしてもよい。
そして、電流制限値設定部１０２は、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの有効電池数ＥＮ１〜ＥＮｍのうちの最小値を、有効電池数ＥＮｍｉｎとして選択する。そして電流制限値設定部１０２は、下記の式（１）に基づき、電流制限値Ｉｕを、算出、設定すると共に通信部１１へ出力する。
Ｉｕ＝Ｉｓ×ＥＮｍｉｎ／ｎ ・・・（１）
式（１）において、ＥＮｍｉｎ／ｎが有効電池比率に対応している。
通信部１１は、電流制限値設定部１０２から受信した電流制限値Ｉｕを、通信部２４を介して充放電制御部２１へ送信することで、充放電制御部２１によって、電池ブロックＢＢに流れる全体電流値ＩＡＡが電流制限値Ｉｕを超えないように制御させる。
次に、外部装置２について、説明する。発電装置２２は、例えば太陽光発電装置（太陽電池）や、例えば風力や水力といった自然エネルギーやエンジン等の人工的な動力によって駆動される発電機等である。なお、充放電制御部２１は、発電装置２２の代わりに例えば商用電源に接続されていてもよい。
負荷装置２３は、電池電源装置１から供給される電力により駆動される各種の負荷であり、例えばモータやバックアップ対象の負荷機器であってもよい。
充放電制御部２１は、発電装置２２からの余剰電力や負荷装置２３で発生する回生電力を電池電源装置１の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍに充電する。また、充放電制御部２１は、負荷装置２３の消費電流が急激に増大したり、あるいは発電装置２２の発電量が低下して負荷装置２３の要求する電力が発電装置２２の出力を超えたりすると、電池電源装置１の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍから不足の電力を負荷装置２３へ供給する。
さらに、充放電制御部２１は、電流制限値設定部１０２から、通信部１１，２４を介して電流制限値Ｉｕを受信する。そして充放電制御部２１は、上述のように電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍを充放電させる際の全体電流値ＩＡＡが、電流制限値Ｉｕを超えないように電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの充放電電流値を制御する。
次に、このように構成された電池電源システム３の動作について説明する。図２は、図１に示す電池電源装置１の動作の一例を示すフローチャートである。まず、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍの各二次電池Ｂに異常がなく、ヒューズＦが一つも遮断（溶断）していないときは、電流制限値設定部１０２によって、電流制限値Ｉｕの初期値として標準電流制限値Ｉｓが設定されており、この電流制限値Ｉｕが、充放電制御部２１に通知されている。
これにより、電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍに流れる全体電流値ＩＡＡの絶対値は、充放電制御部２１によって、標準電流制限値Ｉｓを超えないように制限されている。
次に、ステップＳ１において、全体電流検出部ＡＡによって、全体電流値ＩＡＡが検出される。そして、有効電池数推定部１０１によって、電池ブロックＢＢの番号を示す変数ｉに、１が代入される（ステップＳ２）。
そして、ｉ番目の電池ブロックＢＢにおける第１個別電流検出部Ａｘｉによって、第１個別電流値ＩＡｘｉが検出される（ステップＳ３）。さらに、有効電池数推定部１０１によって、第１個別電流値ＩＡｘｉと閾値Ｉｚとが比較される（ステップＳ４）。ここで、閾値Ｉｚは、第１個別電流値ＩＡｘｉが実質的にゼロであるか否かを判定するための判定閾値である。例えば第１個別電流検出部Ａｘｉによる電流の検出誤差にある程度の余裕を持たせた値が閾値Ｉｚとして予め設定されている。
そして、第１個別電流値ＩＡｘｉが閾値Ｉｚを超えており、すなわち第１個別電流値ＩＡｘｉがゼロでなければ（ステップＳ４でＹＥＳ）、有効電池数推定部１０１によって、第１個別電流値ＩＡｘｉが個別電流値ＩＡｉとして設定される（ステップＳ５）。
一方、第１個別電流値ＩＡｘｉが閾値Ｉｚ以下であり、すなわち第１個別電流値ＩＡｘｉが実質的にゼロであれば（ステップＳ４でＮＯ）、ヒューズＦｉ−１が遮断して二次電池Ｂｉ−１には電流が流れていないと考えられる。そうすると、第１個別電流値ＩＡｘｉに基づき有効電池数ＥＮｉを推定することが出来ない。
そこで、ｉ番目の電池ブロックＢＢにおける第２個別電流検出部Ａｙｉによって、第２個別電流値ＩＡｙｉが検出される（ステップＳ６）。そして、有効電池数推定部１０１によって、第２個別電流値ＩＡｙｉが個別電流値ＩＡｉとして設定される（ステップＳ７）。
これにより、第１個別電流検出部Ａｘｉと直列接続されたヒューズＦｉ−１が遮断した場合であっても、ｉ番目の電池ブロックＢＢにおける有効電池数ＥＮｉを推定することが可能となる。
次に、有効電池数推定部１０１によって、全体電流値ＩＡＡが個別電流値ＩＡｉで除算され、例えば小数点以下が四捨五入されて、ｉ番目の電池ブロックＢＢにおける有効電池数ＥＮｉが算出される（ステップＳ８）。すなわち、電池ブロックＢＢｉに流れる電流の全体電流値ＩＡＡは、ヒューズＦが遮断されていない各二次電池Ｂｉにほぼ均等に分配され、その分配された一つ分の電流値が、個別電流値ＩＡｉとなる。従って、全体電流値ＩＡＡを個別電流値ＩＡｉで除算することで、有効電池数ＥＮｉを算出することが可能となる。
次に、有効電池数推定部１０１によって、変数ｉが電池ブロック数ｍと比較され（ステップＳ９）、変数ｉが電池ブロック数ｍに満たなければ（ステップＳ９でＮＯ）、次の電池ブロックＢＢについて有効電池数ＥＮｉを算出するべく変数ｉに１が加算されて（ステップＳ１０）、再びステップＳ３〜Ｓ９を繰り返す。
そして、変数ｉが電池ブロック数ｍ以上となれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、全ての電池ブロックＢＢについて有効電池数ＥＮ１〜ＥＮｍを算出し終えたことになるから、ステップＳ１１へ移行する。
ステップＳ１１では、有効電池数推定部１０１によって、有効電池数ＥＮ１〜ＥＮｍのうちの最小値が、有効電池数ＥＮｍｉｎとして設定される。この有効電池数ＥＮｍｉｎに基づき電流制限値Ｉｕを設定することで、遮断しているヒューズＦの数が最も多く、従って、充放電可能な電流値が最も少ない電池ブロックに合わせて、電流制限値Ｉｕを設定することができる。
次に、電流制限値設定部１０２によって、上記式（１）を用いて、電流制限値Ｉｕが算出される（ステップＳ１２）。式（１）によれば、有効電池数推定部１０１によって検出された有効電池数ＥＮｍｉｎが減少するほど電流制限値Ｉｕが小さくなるように、電流制限値Ｉｕが設定される。
具体的には、式（１）によれば、ヒューズＦが一つも遮断していないときに標準電流制限値Ｉｓの電流が電池ブロックＢＢｉに流れた場合に当該電池ブロックにおける二次電池Ｂｉ１〜Ｂｉｎのうち一つに流れる電流値を、ヒューズＦが１つ又は複数遮断した場合に遮断されていないヒューズＦと直列接続された二次電池Ｂ一つに流れる電流値が超えないように、電流制限値Ｉｕを設定することができる。
次に、電流制限値Ｉｕが、電流制限値設定部１０２によって通信部１１へ出力され、通信部１１によって通信部２４を介して充放電制御部２１へ送信される（ステップＳ１３）。
これにより、充放電制御部２１によって、電池電源装置１の電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｍに流れる電流値が、電流制限値Ｉｕを超えないように制限されるので、電池ブロックＢＢに含まれるヒューズＦの一部が遮断して一部の二次電池Ｂが切り離されたために、残りの二次電池Ｂに流れる電流が増加して残りの二次電池Ｂを劣化させてしまうおそれが低減される。
なお、電池ブロックＢＢが複数、直列接続されている例を示したが、電池ブロックＢＢは一つであってもよい。その場合、ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１を省略し、有効電池数ＥＮｍｉｎの代わりにステップＳ８で得られた有効電池数ＥＮｉを用いるようにすればよい。
また、必ずしも第２個別電流検出部Ａｙを備える必要はなく、第１個別電流検出部Ａｘのみ用いてステップＳ４、Ｓ６、Ｓ７を省略するようにしてもよい。しかしながら、第２個別電流検出部Ａｙを備えてステップＳ４、Ｓ６、Ｓ７を実行すると、第１個別電流検出部Ａｘと直列接続されたヒューズＦが遮断してしまった場合であっても有効電池数を算出できる点で、より望ましい。
また、個別電流検出部を二つ備える例を示したが、個別電流検出部を三つ以上備えて、各個別電流検出部の検出電流値が実質的にゼロであった場合に他の個別電流検出部の検出電流値を個別電流値として用いるようにしてもよい。
また、全体電流検出部ＡＡと、第１個別電流検出部Ａｘｉと、第２個別電流検出部Ａｙｉと、有効電池数推定部１０１とによって、有効電池数検出部を構成する例に限らない。例えば、複数の二次電池Ｂが並列接続された電池ブロックＢＢの内部抵抗を検出し、ヒューズＦが溶断するとその内部抵抗が増大することから、その内部抵抗の変化量に基づき有効電池数を算出するようにしてもよい。しかしながら、例えば内部抵抗値がＲｉである電池ブロックＢＢにおいて、ｎ個並列接続された二次電池Ｂが一つ、ヒューズＦの遮断により切り離された場合の内部抵抗値の変化量は、Ｒｉ／ｎより小さい。
それに対し、図１に示す全体電流検出部ＡＡと、第１個別電流検出部Ａｘｉと、第２個別電流検出部Ａｙｉと、有効電池数推定部１０１とによって構成された有効電池数検出部によれば、ｎ個並列接続された二次電池Ｂが一つ、ヒューズＦの遮断により切り離された場合の第１個別電流値ＩＡｘｉ又は第２個別電流値ＩＡｙｉの変化量は、それぞれＩＡｘｉ／ｎ、ＩＡｙｉ／ｎとなるから、遮断された電池数に対して得られる検出値の変化量が、内部抵抗値に基づく場合よりも大きくなる結果、その変化量に基づく有効電池数ＥＮｉの算出精度が向上する点で、より望ましい。
また、充放電制御部２１が外部装置２に設けられ、通信部１１によって電流制限値Ｉｕを送信することで、充放電制御部２１によって充放電電流値を制限させる例を示したが、例えば、電池電源装置１が、充放電制御部２１を備える構成としてもよい。この場合、充放電制御部２１が、電流制限部の一例に相当する。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る電池電源システム３ａについて説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る電池電源システム３ａの構成の一例を示すブロック図である。図３に示す電池電源システム３ａと図１に示す電池電源システム３とでは、電池電源装置１ａの構成が、下記の点で異なる。
図３に示す電池電源装置１ａは、電池電源装置１における電池ブロックＢＢの代わりに電池ブロックＢＢａを備え、制御部１０の代わりに制御部１０ａを備えている。電池ブロックＢＢａは、電池ブロックＢＢにおけるヒューズＦの代わりに、スイッチング素子ＳＷを備えている。スイッチング素子ＳＷは、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）やリレースイッチ等のスイッチング素子である。
また、電池ブロックＢＢａに含まれるすべての二次電池Ｂと直列に、第１個別電流検出部Ａｘｉと同様に構成された電流検出部Ａが接続され、各二次電池Ｂに流れる電流値をそれぞれ検出可能とされている。
制御部１０ａは、制御部１０における有効電池数推定部１０１の代わりに、異常検出部１０３と、開閉制御部１０４と、有効電池数検出部１０５とを備えている。
異常検出部１０３は、各電流検出部Ａによって検出された電流値が、例えば過電流を示す電流値として予め設定された異常判定値を超えると、当該電流値を検出した電流検出部Ａと直列接続された二次電池Ｂに異常が生じたものと判定する。
なお、異常検出部１０３は、各二次電池Ｂを流れる電流値に基づき異常を検出する例に限らない。例えば、各電池ブロックＢＢａが、各電流検出部Ａの代わりに各二次電池Ｂの温度を検出する温度センサを備え、異常検出部１０３は、各温度センサで検出された温度が、予め設定された異常判定値を超えると、当該温度を検出した温度センサと直列接続された二次電池Ｂに異常が生じたものと判定するようにしてもよい。
開閉制御部１０４は、異常検出部１０３によって異常が検出されたとき、当該異常が検出された二次電池Ｂと直列接続されているスイッチング素子ＳＷをオフ（開）させる。また、開閉制御部１０４は、各スイッチング素子ＳＷのオンオフ状態を示すスイッチング素子情報を、有効電池数検出部１０５へ送信する。
有効電池数検出部１０５は、開閉制御部１０４から送信されたスイッチング素子情報に基づいて、各電池ブロックＢに含まれる複数のスイッチング素子ＳＷのうち開閉制御部１０４が閉じさせているスイッチング素子の数を、有効電池数として検出する。
その他の構成は図１に示す電池電源システム３と同様であるのでその説明を省略する。以下、図３に示す電池電源装置１ａの動作について説明する。図４は、図３に示す電池電源装置１ａの動作の一例を示すフローチャートである。なお、図４において、図２に示すフローチャートと同様の動作については同じステップ番号を付してその説明を省略する。
まず、異常検出部１０３によって、電池ブロックＢＢａの番号を示す変数ｉに、１が代入される（ステップＳ２）。次に、電池ブロックＢＢａｉにおける、各電流検出部Ａによって、電池ブロックＢＢａｉに含まれる各二次電池Ｂｉに流れる電流がそれぞれ検出される。そして、その検出された電流値が例えばアナログデジタルコンバータによってデジタル値に変換されて、異常検出部１０３により取得される（ステップＳ２１）。
そしてこのようにして得られた各二次電池Ｂｉに流れる電流値が、それぞれ異常検出部１０３によって異常判定値と比較され、異常判定値以下であればその電流が検出された二次電池Ｂｉが異常なし、異常判定値を超えていればその電流が検出された二次電池Ｂｉが異常有りと判定される（ステップＳ２２）。
次に、異常検出部１０３によって異常有りと判定された二次電池Ｂｉと接続されたスイッチング素子ＳＷｉを、開閉制御部１０４がオフする。そして、各スイッチング素子ＳＷｉのオン、オフ状態を示すスイッチング素子情報を、開閉制御部１０４が、有効電池数検出部１０５へ出力する（ステップＳ２３）。
次に、有効電池数検出部１０５が、スイッチング素子情報に基づいて、電池ブロックＢＢａｉにおける各スイッチング素子ＳＷｉのうち開閉制御部１０４がオン（閉）させているスイッチング素子の数を、有効電池数ＥＮｉとして検出する（ステップＳ２４）。
このように、遮断素子として開閉制御可能なスイッチング素子を用い、開閉制御部１０４を用いて、スイッチング素子のオン、オフを制御することにより、異常が検出された二次電池Ｂに流れる電流を遮断するようにした場合には、開閉制御部１０４の制御情報（スイッチング素子情報）を用いて、有効電池数ＥＮｉを取得することができる。
次に、有効電池数検出部１０５によって、変数ｉが電池ブロック数ｍと比較され（ステップＳ９）、変数ｉが電池ブロック数ｍに満たなければ（ステップＳ９でＮＯ）、次の電池ブロックＢＢａについて有効電池数ＥＮｉを算出するべく変数ｉに１加算されて（ステップＳ１０）、再びステップＳ２１〜Ｓ２４を繰り返す。
そして、変数ｉが電池ブロック数ｍ以上となれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、全ての電池ブロックＢＢａについて有効電池数ＥＮ１〜ＥＮｍを算出し終えたことになるから、ステップＳ１１へ移行する。以下、ステップＳ１１〜Ｓ１３の動作は、図２に示すフローチャートと同様であるからその説明を省略する。
即ち、本発明の一局面に従う電池電源装置は、二次電池と当該二次電池の充放電経路を遮断する遮断状態となり得る遮断素子との直列回路が複数並列に接続された電池ブロックと、前記電池ブロックに流れる電流の電流値である全体電流値の許容値の上限を示す電流制限値を設定する電流制限値設定部と、前記電池ブロックに含まれる複数の前記遮断素子のうち、前記遮断状態ではない遮断素子の数を、有効電池数として検出する有効電池数検出部とを備え、前記電流制限値設定部は、前記有効電池数検出部によって検出された有効電池数が減少するほど前記電流制限値が小さくなるように、前記電流制限値を設定する。
この構成によれば、複数並列に接続された二次電池のそれぞれに、充放電経路を遮断するための遮断素子が直列接続されている。そのため、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合、当該異常が生じた一部の二次電池のみ、遮断素子によって充放電経路を遮断することができる結果、電池電源装置そのものの充放電を禁止することなく、異常が生じた一部の二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
このとき、一部の遮断素子を遮断状態にすると、その遮断素子によって遮断された二次電池に流れていた電流は、充放電経路が遮断されていない残りの二次電池に分配される。そのため、充放電経路が遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が増大することとなる。従って、もし仮に電池ブロックに流れる電流の許容値の上限を示す電流制限値が、遮断素子が一つも遮断されていないときのままになっていると、この電流制限値に基づいて電池電源装置の充放電を行う場合、電池ブロック単位では電流制限値以下、すなわち許容範囲内の電流値になっていても、充放電経路が遮断されていない残りの二次電池に流れる電流は、二次電池単体での許容電流値を超えるおそれがある。その結果、二次電池を劣化させてしまうおそれがある。
そこで、有効電池数検出部によって、電池ブロック一つに含まれる複数の遮断素子のうち、遮断状態ではない遮断素子の数が、有効電池数として検出される。そして、電流制限値設定部によって、有効電池数が減少するほど電流制限値が小さくなるように、当該電流制限値が設定される。これにより、一部の遮断素子が遮断状態となった場合、有効電池数が減少して電流制限値が小さくされるので、この電流制限値に基づき電池電源装置の充放電を行うことで、充放電経路が遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が減少される。従って、遮断されていない残りの二次電池が劣化するおそれを低減することが容易となる。
また、前記電流制限値設定部は、前記電池ブロックに含まれるすべての前記遮断素子が前記遮断状態でないときにおける前記全体電流値の許容値の上限を標準電流制限値とし、前記電池ブロック一つに含まれる二次電池の数に対する前記有効電池数の比率を有効電池比率とし、前記標準電流制限値と前記有効電池比率とを乗じた値を、前記電流制限値として設定することが好ましい。
この構成によれば、電池ブロックに流れる電流値を、電流制限値設定部によって設定された制限電流値を超えないように制限することで、遮断素子が一つも遮断状態になっていないときに電池ブロックへ標準電流制限値の電流が流れた場合に各二次電池に分配されて流れる電流値、すなわち各二次電池の許容電流値を、超えないように制限することができる。従って、二次電池が劣化するおそれを低減することが容易となる。
また、前記有効電池数検出部は、前記全体電流値を検出する全体電流検出部と、前記電池ブロックに含まれる複数の二次電池のうち一つに流れる電流を示す第１個別電流値を検出する第１個別電流検出部と、前記第１個別電流検出部によって検出された第１個別電流値を個別電流値として用い、前記全体電流検出部によって検出された全体電流値と当該個別電流値とに基づいて、前記有効電池数を推定する有効電池数推定部とを含むことが好ましい。
この構成によれば、電池ブロックに含まれる複数の二次電池のうち一つに流れる電流値が、第１個別電流検出部によって第１個別電流値として検出される。そして、この第１個別電流値は、全体電流検出部によって検出された全体電流値の電流が、遮断されていない有効な二次電池に分配されたものである。そうすると、一部の遮断素子が遮断されて、有効電池数が減少するほど、第１個別電流値は増大することになるから、有効電池数推定部は、全体電流値と第１個別電流値とに基づいて、有効電池数を推定することができる。
また、前記第１個別電流検出部は、ホール素子を用いて構成されていることが好ましい。
第１個別電流検出部は電池ブロックに含まれる複数の二次電池のうち一つと接続されることとなるから、第１個別電流検出部による電圧ロス（電圧降下）が大きいと、第１個別電流検出部が接続された二次電池と他の二次電池との間で印加電圧や充電電流に差異が生じて各二次電池の状態が不均一になる。一方、ホール素子は、電圧ロスが極めて小さいから、第１個別電流検出部としてホール素子を用いると、第１個別電流検出部が接続された二次電池と他の二次電池との間での印加電圧や充電電流の差異が低減できる結果、各二次電池の状態が不均一になるおそれを低減できる。
また、前記有効電池数検出部は、前記電池ブロックに含まれる複数の二次電池のうち前記第１個別電流検出部により電流が検出される二次電池以外の一つに流れる電流を示す第２個別電流値を検出する第２個別電流検出部をさらに備え、前記有効電池数推定部は、前記第１個別電流検出部によって検出された第１個別電流値が、実質的にゼロであった場合、前記第２個別電流検出部によって検出された第２個別電流値を個別電流値として用い、前記全体電流検出部によって検出された全体電流値と前記個別電流値とに基づいて、前記有効電池数を推定することが好ましい。
第１個別電流検出部が接続された二次電池と直列接続された遮断素子が遮断されてしまうと、第１個別電流値はゼロになってしまうため、この第１個別電流値に基づいて有効電池数を推定することができなくなる。そこで、有効電池数推定部は、第１個別電流検出部によって検出された第１個別電流値が実質的にゼロであった場合、第２個別電流検出部によって検出された第２個別電流値を個別電流値として用いることで、例え第１個別電流検出部が接続された二次電池と直列接続された遮断素子が遮断された場合であっても、全体電流検出部によって検出された全体電流値と当該個別電流値とに基づいて、有効電池数を推定することができる。
また、前記有効電池数推定部は、前記全体電流値を前記個別電流値によって除算することにより、前記有効電池数を推定することが好ましい。
この構成によれば、有効電池数検出部は、全体電流値を個別電流値によって除算する簡単な演算によって、有効電池数を推定することができるので、簡素な構成で有効電池数検出部を構成することができる。
また、前記遮断素子は、開閉可能なスイッチング素子であり、前記電池電源装置は、前記各二次電池の異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部によって異常が検出された二次電池に直列接続されているスイッチング素子を開かせる開閉制御部とをさらに備え、前記有効電池数検出部は、前記電池ブロックに含まれる複数のスイッチング素子のうち前記開閉制御部が閉じさせているスイッチング素子の数を、前記有効電池数として検出するようにしてもよい。
この構成によれば、異常検出部によって異常が検出された二次電池と直列接続されているスイッチング素子が、開閉制御部によってオフされて、当該二次電池が保護される。この場合、開閉制御部によるスイッチング素子の制御内容からスイッチング素子の開閉状態が判るから、有効電池数検出部は、電池ブロックに含まれる複数のスイッチング素子のうち開閉制御部が閉じさせているスイッチング素子の数を、有効電池数として検出することができる。従って、有効電池数を検出することが容易となる。
また、前記各遮断素子は、当該各遮断素子と直列接続された二次電池に異常が生じた場合に前記遮断状態となる保護素子であることが好ましい。
この構成によれば、上述の異常検出部や開閉制御部を備えなくても、各保護素子によって各二次電池が保護されるので、簡素な構成で二次電池の保護を行うことが可能となる。
また、前記電池ブロックが複数直列接続されており、前記有効電池数検出部は、前記各電池ブロックに含まれる前記複数の遮断素子のうち、遮断していない遮断素子の数を、前記各電池ブロックにおける個別の有効電池数としてそれぞれ検出し、前記電流制限値設定部は、前記有効電池数検出部によって検出された複数の前記個別の有効電池数のうちの最小値を前記有効電池数として用いることが好ましい。
この構成によれば、複数の二次電池が並列接続された電池ブロックが、複数直列接続されている場合、各電池ブロックのうち最も有効電池数が少なく、従って二次電池一つに分配される電流が最も多くなる電池ブロックにおいても、二次電池一つに流れる電流が当該二次電池の許容電流値を超えないように、電流制限値を設定することができる。
また、前記全体電流値が、前記電流制限値設定部によって設定された電流制限値を超えないように前記電池ブロックに流れる電流を制御する電流制御部をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、電流制御部によって、電池ブロックに流れる電流が、電流制限値設定部によって設定された電流制限値を超えないように制御される。その結果、一部の遮断素子が遮断した場合であっても、遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が増大するおそれが低減されるので、二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
また、前記電流制御部は、前記電池ブロックを充放電する外部装置へ、前記電流制限値設定部で設定された電流制限値を送信することによって、前記電池ブロックに流れる電流が当該電流制限値を超えないように前記外部装置によって制御させるようにしてもよい。
この構成によれば、電池ブロックの充放電が電池電源装置の外部に設けられた外部装置によって制御されている場合であっても、電流制御部によって、外部装置へ電流制限値が送信されて、電池ブロックに流れる電流が当該電流制限値を超えないように前記外部装置によって制御させることができる。従って、一部の遮断素子が遮断した場合であっても、遮断されていない残りの二次電池に流れる電流が増大するおそれが低減される結果、二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
また、本発明の一局面に従う電池電源システムは、上述の電池電源装置と、前記電池電源装置を充放電する外部装置をと備え、前記外部装置は、前記電池ブロックからの放電電流の供給を受け付ける負荷回路と、前記電池ブロックへ充電電流を供給する電流供給部と、前記電池ブロックに流れる電流が、前記電流制御部から送信された前記電流制限値を超えないように、前記電池ブロックから前記負荷回路へ供給される放電電流、及び前記電流供給部から前記電池ブロックへ供給される充電電流を調節する充放電制御部とを備える。
この構成によれば、上述の電池電源装置と、この電池電源装置の電池ブロックからの放電電流の供給を受け付ける負荷回路と、この電池ブロックへ充電電流を供給する電流供給部とを備えた電池電源システムにおいて、電池ブロックに含まれる一部の二次電池に異常が生じた場合であっても、電池電源装置全体の充放電を禁止することなく、二次電池が劣化するおそれを低減することができる。
この出願は、２００９年１１月６日に出願された日本国特許出願特願２００９−２５５０００を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様又は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
本発明に係る電池電源装置、及びこれを用いた電池電源システムは、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、ハイブリッドエレベータ、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム、無停電源装置等の電池搭載装置、システムにおいて、好適に利用することができる。

Claims (12)

  1. 二次電池と当該二次電池の充放電経路を遮断する遮断状態となり得る遮断素子との直列回路が複数並列に接続された電池ブロックと、
    前記電池ブロックに流れる電流の電流値である全体電流値の許容値の上限を示す電流制限値を設定する電流制限値設定部と、
    前記電池ブロックに含まれる複数の前記遮断素子のうち、前記遮断状態ではない遮断素子の数を、有効電池数として検出する有効電池数検出部とを備え、
    前記電流制限値設定部は、
    前記有効電池数検出部によって検出された有効電池数が減少するほど前記電流制限値が小さくなるように、前記電流制限値を設定する電池電源装置。
  2. 前記電流制限値設定部は、
    前記電池ブロックに含まれるすべての前記遮断素子が前記遮断状態でないときにおける前記全体電流値の許容値の上限を標準電流制限値とし、前記電池ブロック一つに含まれる二次電池の数に対する前記有効電池数の比率を有効電池比率とし、前記標準電流制限値と前記有効電池比率とを乗じた値を、前記電流制限値として設定する請求項１記載の電池電源装置。
  3. 前記有効電池数検出部は、
    前記全体電流値を検出する全体電流検出部と、
    前記電池ブロックに含まれる複数の二次電池のうち一つに流れる電流を示す第１個別電流値を検出する第１個別電流検出部と、
    前記第１個別電流検出部によって検出された第１個別電流値を個別電流値として用い、前記全体電流検出部によって検出された全体電流値と当該個別電流値とに基づいて、前記有効電池数を推定する有効電池数推定部とを含む請求項１又は２記載の電池電源装置。
  4. 前記第１個別電流検出部は、
    ホール素子を用いて構成されている請求項３記載の電池電源装置。
  5. 前記有効電池数検出部は、
    前記電池ブロックに含まれる前記複数の二次電池のうち前記第１個別電流検出部により電流が検出される二次電池以外の一つに流れる電流を示す第２個別電流値を検出する第２個別電流検出部をさらに備え、
    前記有効電池数推定部は、
    前記第１個別電流検出部によって検出された第１個別電流値が、実質的にゼロであった場合、前記第２個別電流検出部によって検出された第２個別電流値を個別電流値として用い、前記全体電流検出部によって検出された全体電流値と前記個別電流値とに基づいて、前記有効電池数を推定する
    請求項３又は４記載の電池電源装置。
  6. 前記有効電池数推定部は、
    前記全体電流値を前記個別電流値によって除算することにより、前記有効電池数を推定する請求項３〜５のいずれか１項に記載の電池電源装置。
  7. 前記遮断素子は、開閉可能なスイッチング素子であり、
    前記各二次電池の異常を検出する異常検出部と、
    前記異常検出部によって異常が検出された二次電池に直列接続されているスイッチング素子を開かせる開閉制御部とをさらに備え、
    前記有効電池数検出部は、
    前記電池ブロックに含まれる複数のスイッチング素子のうち前記開閉制御部が閉じさせているスイッチング素子の数を、前記有効電池数として検出する
    請求項１又は２記載の電池電源装置。
  8. 前記各遮断素子は、
    当該各遮断素子と直列接続された二次電池に異常が生じた場合に前記遮断状態となる保護素子である請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池電源装置。
  9. 前記電池ブロックが複数直列接続されており、
    前記有効電池数検出部は、
    前記各電池ブロックに含まれる前記複数の遮断素子のうち、遮断していない遮断素子の数を、前記各電池ブロックにおける個別の有効電池数としてそれぞれ検出し、
    前記電流制限値設定部は、
    前記有効電池数検出部によって検出された複数の前記個別の有効電池数のうちの最小値を前記有効電池数として用いる請求項１〜８のいずれか１項に記載の電池電源装置。
  10. 前記全体電流値が、前記電流制限値設定部によって設定された電流制限値を超えないように前記電池ブロックに流れる電流を制御する電流制御部をさらに備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の電池電源装置。
  11. 前記電流制御部は、
    前記電池ブロックを充放電する外部装置へ、前記電流制限値設定部で設定された電流制限値を送信することによって、前記電池ブロックに流れる電流が当該電流制限値を超えないように前記外部装置によって制御させる請求項１０に記載の電池電源装置。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電池電源装置と、
    前記電池電源装置を充放電する外部装置をと備え、
    前記外部装置は、
    前記電池ブロックからの放電電流の供給を受け付ける負荷回路と、
    前記電池ブロックへ充電電流を供給する電流供給部と、
    前記電池ブロックに流れる電流が、前記電流制御部から送信された前記電流制限値を超えないように、前記電池ブロックから前記負荷回路へ供給される放電電流、及び前記電流供給部から前記電池ブロックへ供給される充電電流を調節する充放電制御部と
    を備える電池電源システム。
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