JPWO2013114697A1

JPWO2013114697A1 - 蓄電システム、二次電池パックの制御方法及び二次電池パック

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Publication number: JPWO2013114697A1
Application number: JP2013556199A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　伸; 伸鈴木
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Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2015-05-11
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Abstract

複数の二次電池パックを有する蓄電システムにおいて、充電対象を第１の二次電池パックから該第１の二次電池パックよりも端子間電圧が低い第２の二次電池パックへ切り替えるとき、第２の二次電池パックの電流制限回路を動作させることで、第２の二次電池パックが備える二次電池を充電するための充電電流が流れる経路を形成し、該充電電流を電流制限回路により一定値以下に制限させつつ第２の二次電池パックの充電を開始する。

Description

本発明は、複数の二次電池パックを有する蓄電システム、該二次電池パックの制御方法及び二次電池パックに関する。

近年、環境問題に対する関心の高まりと共に、太陽光発電（ＰＶ：Photo Voltaic）や風力発電等の自然エネルギーを利用して発電された電力を蓄積する蓄電システムが注目されている。この蓄電システムには、鉛蓄電池のように人体や環境にとって有害な物質を含まないリチウムイオン二次電池を用いることが検討されている。

リチウムイオン二次電池等（以下、単に「二次電池」と総称する）を用いて蓄電システムを作成する場合、所要の出力電圧を得るために複数の二次電池を直列に接続して二次電池パックを形成し、所要の蓄電容量を得るために複数の二次電池パックを並列に接続して蓄電システムを構成するのが一般的である。

しかしながら、複数の二次電池パック（または二次電池）を並列に接続する構成では、運用中における各二次電池パックの端子間電圧の不均衡により二次電池パック間で電流が流れる横流が発生し、蓄電システムを正常に運用できなくなるおそれがある。二次電池は、生産時期や温度環境等によって劣化状態に差異が生じるため、同一種類（規格）の二次電池であっても劣化状態に差異があれば、充放電後の各二次電池の端子間電圧に不均衡が生じ、該不均衡によって二次電池間で横流が発生する。この問題は、並列に接続された二次電池パック（または二次電池）の数が多くなる程より顕著になる。

二次電池パック間や二次電池間の横流が蓄電システムに悪影響を及ぼすことは一般的に知られており、複数の二次電池を並列に接続して使用する多くの機器では新旧の二次電池を混載することが禁止されている。

しかしながら、実際には、全て新しい二次電池であっても運用中に二次電池間で劣化の進行に差が生じる。また、当初は少量の二次電池を用いて蓄電システムを構成し、その後に二次電池を増設する場合、あるいは中古品の二次電池を用いて蓄電システムを安価に構成する場合等、劣化状態の異なる二次電池の併用が望まれる状況も多い。

このような背景から、蓄電システムにおいて劣化状態の異なる二次電池を安全にかつ自由に利用できるようにして、利用者の負担を軽減する技術が求められている。

そのような技術として、例えば特許文献１には、スイッチを介して並列に接続可能な複数の二次電池パックを備え、二次電池パック毎に設けられたスイッチを制御することで、充放電時における各二次電池パックの端子間電圧の不均衡を解消する技術が記載されている。特許文献１に記載された技術では、各二次電池パックを放電させる場合、各二次電池パックの端子間電圧をそれぞれ測定して端子間電圧が最も高い二次電池パックから放電を開始し、放電により端子間電圧が低下して、それまで放電していなかった他の二次電池パックの端子間電圧とほぼ等しくなったとき、該他の二次電池パックの放電を開始させている。また、特許文献１に記載された技術では、各二次電池パックを充電する場合、端子間電圧が最も低い二次電池パックから充電を開始し、充電により端子間電圧が上昇して、それまで充電していなかった他の二次電池パックの端子間電圧とほぼ等しくなったとき、該他の二次電池パックの充電を開始させている。このように制御することで、充放電開始時における各二次電池パックの端子間電圧の差を低減できるため、横流の発生を抑制できる。

上述した特許文献１に記載された蓄電システムでは、放電中または充電中の二次電池パックと、後から追加して放電または充電を開始する他の二次電池パックとの端子間電圧の差が所定値以内になければ、該他の二次電池パックの放電や充電を開始できない。そのため、負荷で必要とする電力、ＰＶ等の発電能力、二次電池パック毎の残存容量等に応じて、放電または充電を行う二次電池パックを個別に制御できないため、蓄電システムを柔軟に運用できない場合がある。

通常、蓄電システムが備える各二次電池パックは、放電用のスイッチ（以下、放電スイッチと称す）及び充電用のスイッチ（以下、充電スイッチと称す）をそれぞれ備え、二次電池パック単位で個別に放電または充電が可能である。但し、特許文献１に記載された技術を採用しない蓄電システムでは、上述した横流が発生しないように各二次電池パックの放電スイッチ及び充電スイッチを制御する必要がある。

例えば２つの二次電池パックを備えた蓄電システムにおいて、充電対象となる二次電池パックを、端子間電圧が高い一方の二次電池パックから端子間電圧が低い他方の二次電池パックへ切り替え、該他方の二次電池パックに充電する場合を考える。この場合、二次電池パック間の横流を防止するには、一方の二次電池パックの放電スイッチ及び充電スイッチをそれぞれオフにして蓄電システムの充電動作を一旦停止し、その後、他方の二次電池パックに対する充電を開始する必要がある。

ここで、ＰＶや風力等で発電された電力を用いて、一方の二次電池パックと他方の二次電池パックとを連続して充電したい場合、充電対象の二次電池パックの切り替え時は、ＰＶや風力等で発電された電力を充電に利用できないため、発電能力が無駄になる可能性がある。

特開２００９−３３９３６号公報

本発明は、充電動作を停止させることなく、充電対象の二次電池パックを安全に切り替えることができる蓄電システム、二次電池パックの制御方法及び二次電池パックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の蓄電システムは、二次電池、前記二次電池の充電経路に流れる充電電流をオンオフする充電スイッチ、前記二次電池の放電経路に流れる放電電流をオンオフする放電スイッチ、並びに前記充電電流を一定値以下に制限する、前記充電スイッチと並列に接続された電流制限回路をそれぞれ備えた複数の二次電池パックと、
充電対象となる二次電池パックを、第１の二次電池パックから該第１の二次電池パックよりも端子間電圧が低い第２の二次電池パックへ切り替えるとき、前記第２の二次電池パックの前記電流制限回路を動作させることで、前記第２の二次電池パックが備える二次電池を充電するための充電電流が流れる経路を形成し、前記充電電流を前記電流制限回路により前記一定値以下に制限させつつ前記第２の二次電池パックの充電を開始させ、前記第１の二次電池パックの放電スイッチをオフさせる上位装置と、
を有する。

また、本発明の二次電池パックの制御方法は、二次電池、前記二次電池の充電経路に流れる充電電流をオンオフする充電スイッチ、前記二次電池の放電経路に流れる放電電流をオンオフする放電スイッチ、並びに前記充電電流を一定値以下に制限する、前記充電スイッチと並列に接続された電流制限回路をそれぞれ備えた複数の二次電池パックに対する充電動作を制御するための二次電池パックの制御方法であって、
情報処理装置が、
充電対象となる二次電池パックを、第１の二次電池パックから該第１の二次電池パックよりも端子間電圧が低い第２の二次電池パックへ切り替えるとき、前記第２の二次電池パックの前記電流制限回路を動作させることで、前記第２の二次電池パックが備える二次電池を充電するための充電電流が流れる経路を形成し、前記充電電流を前記電流制限回路により前記一定値以下に制限させつつ前記第２の二次電池パックの充電を開始させ、前記第１の二次電池パックの放電スイッチをオフさせる方法である。

また、本発明の二次電池パックは、二次電池と、
前記二次電池の充電経路に流れる充電電流をオンオフする充電スイッチと、
前記二次電池の放電経路に流れる放電電流をオンオフする放電スイッチと、
前記充電電流を一定値以下に制限する、前記充電スイッチと並列に接続された電流制限回路と、
外部からの指示にしたがって前記充電スイッチ、前記放電スイッチ及び前記電流制限回路を制御する制御部と、
を有する。

図１は、本発明の蓄電システムの一構成例を示すブロック図である。図２は、図１に示した蓄電システムの動作の一例を示す回路図である。図３は、図１に示した上位装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。図４は、図１に示した放電スイッチ、充電スイッチ及び電流制限回路の構成例を示す回路図である。図５は、図１に示した放電スイッチ、充電スイッチ及び電流制限回路の他の構成例を示す回路図である。図６は、図１に示した放電スイッチ、充電スイッチ及び電流制限回路の他の構成例を示す回路図である。図７は、図１に示した放電スイッチ、充電スイッチ及び電流制限回路の他の構成例を示す回路図である。

次に本発明について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の蓄電システムの一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の蓄電システムは、並列に接続された２つの二次電池パック１５と、それらを制御する上位装置１４とを有する。蓄電システムの放電時、各二次電池パック１５の正極端子（ＯＵＴ（＋））及び負極端子（ＯＵＴ（−））には二次電池パック１５から放電される電力を消費する電気機器等の負荷（不図示）が接続される。また、蓄電システムの充電時、各二次電池パック１５の正極端子（ＯＵＴ（＋））及び負極端子（ＯＵＴ（−））には二次電池パック１５の充電に必要な電力を供給する電力供給源（不図示）と接続される。電力供給源としては、ＰＶや風力発電機、あるいは商用電源がある。二次電池パック１５と負荷または電力供給源との間には、二次電池パック１５から放電される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ、電力供給源から供給される交流電力を二次電池パック１５に蓄電可能な直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ等を含む周知のＰＣＳ（Power Conditioning System）等を備えていてもよい。蓄電システムに対する負荷または電力供給源の接続切り替えは、例えば上位装置１４で制御される。

二次電池パック１５は、２つの二次電池ブロック１１及び制御ブロック１２を備える。二次電池ブロック１１は、例えば直列に接続された複数の二次電池１０を備えた構成である。制御ブロック１２は、制御部１９、電池検出部１６、電流検出部２０、放電スイッチ１７、充電スイッチ１８、絶縁通信部１３及び電流制限回路２１を備える。

放電スイッチ１７は、二次電池ブロック１１の放電経路に流れる電流（放電電流）をオンオフするスイッチであり、充電スイッチ１８は二次電池ブロック１１の充電経路に流れる電流（充電電流）をオンオフするスイッチである。放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８には、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）が用いられる。放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８のオンオフは、上位装置１４からの指示にしたがって制御部１９で制御される。

絶縁通信部１３は、制御部１９と上位装置１４とを、情報の送受信が可能に接続するインタフェース回路である。絶縁通信部１３は、制御部１９と上位装置１４とを電気的に絶縁しつつ情報の送受信が可能に接続できればよく、光結合方式、磁気結合方式、容量結合方式等、周知のどのような絶縁素子を用いて構成してもよい。

電池検出部１６は、二次電池ブロック１１が備える各二次電池１０の端子間電圧を測定する。

電流検出部２０は、二次電池パック１５の放電電流及び充電電流を測定し、その測定結果を制御部１９に通知する。

電流制限回路２１は、二次電池ブロック１１に流れる充電電流を一定値以下に制限する回路または素子である。電流制限回路２１は、不図示のスイッチを備え、上記装置１４からの指示にしたがって、制御部１９により該スイッチをオンオフすることで、充電時における電流制限動作のオンオフが制御可能な構成である。電流制限回路２１は、少なくとも充電スイッチ１８と並列に接続される。図１では、電流制限回路２１が、直列に接続された放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８と並列に接続された構成例を示している。

制御部１９は、上位装置１４の指示にしたがって、電池検出部１６、電流検出部２０、放電スイッチ１７、充電スイッチ１８及び電流制限回路２１の動作を制御する。制御部１９は、例えば二次電池ブロック１１を放電させるときは放電スイッチ１７をオンさせ、二次電池ブロック１１を充電するときは充電スイッチ１８をオンさせる。また、制御部１９は、上位装置１４の指示にしたがって電池検出部１６で測定された各二次電池１０の端子間電圧及び二次電池パック１５の端子間電圧を上位装置１４へ通知する。二次電池パック１５の端子間電圧は、二次電池１０毎の端子間電圧を合計することで求めればよい。また、制御部１９は、上位装置１４の指示にしたがって電流検出部２０で測定された放電電流または充電電流を上位装置１４へ通知する。電池検出部１６、電流検出部２０及び制御部１９は、上記機能を備えた、例えば周知の二次電池の監視（保護）用ＩＣ（Integrated Circuit）で実現できる。

上位装置１４は、二次電池パック１５が備える制御部１９と通信することで蓄電システム全体の動作を制御する。上位装置１４は、例えばＣＰＵ、メモリ、各種の論理回路等を備えた、周知の情報処理装置（コンピュータあるいは情報処理用のＩＣ）で実現できる。その場合、上位装置１４は、不図示の記録媒体に記録されたプログラムにしたがって処理を実行することで、後述する本発明の蓄電システムとしての動作を実現する。記録媒体は、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等、周知のどのようなものでもよい。

なお、図１では、蓄電システムが２つの二次電池パック１５を備え、各二次電池パック１５が２つの二次電池ブロック１１を備える構成例を示しているが、蓄電システムは３つ以上の二次電池パック１５を備えていてもよく、二次電池パック１５は１つまたは３つ以上の二次電池ブロック１１を備えていてもよい。各二次電池パック１５及び二次電池ブロック１１は、それぞれ同一の構成であってもよく、異なる構成であってもよい。

図２は、図１に示した蓄電システムの動作の一例を示す回路図である。

図２は、充電対象の二次電池パック１５を、端子間電圧が高い一方の二次電池パック１５（高電圧パック１５ｂ）から端子間電圧が低い他方の二次電池パック１５（低電圧パック１５ａ）へ切り替えるとき、低電圧パック１５ａ及び高電圧パック１５ｂに流れる充電電流の様子を示している。なお、図２では、２つの二次電池パック１５（低電圧パック１５ａ及び高電圧パック１５ｂ）の放電スイッチ１７、充電スイッチ１８及び電流制限回路２１のみ示している。また、充電対象となる二次電池パック１５を切り替える前、低電圧パック１５ａの放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８は共にオフされているものとする。

本実施形態の蓄電システムでは、例えば充電対象となる二次電池パック１５を、高電圧パック１５ｂから低電圧パック１５ａへ切り替え、該低電圧パック１５ａに充電する場合、上位装置１４は、まず低電圧パック１５ａの電流制限回路２１をオンさせる。このとき、低電圧パック１５ａでは、放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８と並列に接続された電流制限回路２１により、二次電池ブロック１１に充電するための経路（図２の充電電流（Ｉ₁）が流れる経路）が形成される。上述したように、高電圧パック１５ｂは低電圧パック１５ａよりも端子間電圧が高いため、この端子間電圧の差がある程度大きい場合、低電圧パック１５ａには、電流供給源からだけでなく、高電圧パック１５ｂからも充電電流が供給される。但し、低電圧パック１５ａに流れる充電電流は電流制限回路２１によって一定値以下に制限される。

次に、上位装置１４は、高電圧パック１５ｂの放電スイッチ１７をオフさせる。このとき、高電圧パック１５ｂでは、高電圧パック１５ｂの放電スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１７が備える寄生ダイオードを介して充電電流（図２のＩ₂）が流れる。また、低電圧パック１５ａにも充電電流（図２のＩ₁）が流れているため、電力供給源から供給される充電電流は、低電圧パック１５ａと高電圧パック１５とに分散される。したがって、高電圧パック１５の放電スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１７が備える寄生ダイオードに大きな充電電流が流れることはない。そのため、高電圧パック１５ｂの放電スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１７が異常発熱等を起こすことがない。

続いて、上位装置１４は、低電圧パック１５ａの充電スイッチ１８をオンさせると共に、高電圧パック１５ｂの充電スイッチ１８をオフさせる。このとき、低電圧パック１５ａでは放電スイッチ１７も併せてオンさせてもよい。図２に示す構成では、低電圧パック１５ａの放電スイッチ１７も併せてオンさせる方が放電スイッチ１７の異常発熱を防止する観点から望ましい。その後、上位装置１４は、低電圧パック１５ａの電流制限回路２１をオフさせて該電流制限回路２１による電流制限動作を停止させる。この段階で、充電対象の二次電池パック１５が高電圧パック１５ｂから低電圧パック１５ａへ切り替り、以降、低電圧パック１５ａの充電スイッチ１８（図２に示す構成では充電スイッチ１８及び放電スイッチ１７）を介して充電電流（図２のＩ₃）が流れる。

本実施形態によれば、端子間電圧が低い一方の二次電池パック１５（低電圧パック１５ａ）に流れる充電電流を一定値以下に制限しつつ充電を開始し、端子間電圧が高い他方の二次電池パック１５（高電圧パック１５ｂ）の放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８を順次オフし、低電圧パック１５ａの充電スイッチ１８をオンにし、その後、低電圧パック１５ａの電流制限回路２１による電流制限動作を停止させるため、充電対象となる二次電池パック１５の切り替え時に、蓄電システムの充電動作を停止させる必要がない。したがって、ＰＶや風力等で発電された電力を無駄にすることが無い。また、充電対象となる二次電池パック１５の切り替え時に、低電圧パック１５ａの充電電流を一定値以下に制限することで、高電圧パック１５ｂから低電圧パック１５ａへ過剰な充電電流が流れたり、放電スイッチ１７として用いるＭＯＳＦＥＴが異常に発熱したりすることもない。そのため、充電動作を停止させることなく、充電対象の二次電池パック１５を安全に切り替えることができる。

図３は、図１に示した上位装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。

図１及び図２では蓄電システムが２つの二次電池パック１５を備える構成例を示したが、図３は蓄電システムが３つ以上の二次電池パック１５を備える場合の動作例を示している。また、図３は、二次電池パック１５の充電電流が、ＰＶや風力発電機等の電力供給源から供給可能な供給可能電流よりも少ない場合、充電対象となる二次電池パック１５を増やすことで、電力供給源で発電された電力が無駄にならないように動作させる処理例を示している。

図３に示すように、上位装置１４は、二次電池パック１５が充放電していない状態において、制御部１９により、例えば電池検出部１６を用いて二次電池パック１５の端子間電圧（パック電圧）を測定させ、該パック電圧を通知させる（ステップ１０１）。

次に、上位装置１４は、各二次電池パック１５から通知された端子間電圧（パック電圧）に基づき、各二次電池パック１５の残存容量（パック容量）を求め（ステップ１０２）、残存容量が最も少ない二次電池パック１５、すなわち端子間電圧が最も低い二次電池パック（最小電圧パック）１５を抽出する（ステップ１０３）。二次電池パック１５の残存容量は、例えば二次電池パック１５の端子間電圧と残存容量との関係を示すテーブルを予め用意しておき、該テーブルを参照することで端子間電圧の測定値から求めることができる。

次に、上位装置１４は、ステップ１０３で抽出した最小電圧パックに充電を開始させる（ステップ１０５）。

続いて、上位装置１４は、制御部１９により、電流検出部２０を用いて充電中の二次電池パック１５の充電電流を測定させ（ステップ１０６）、該電流値を通知させる。

上位装置１４は、充電中の二次電池パック１５から通知された充電電流の値と電力供給源から供給できる供給可能電流の値とを比較する（ステップ１０７）。電力供給源の供給可能電流の値は、ＰＶや風力発電機等が備えるＰＣＳ（Power Conditioning System）等から通知させればよい。

充電電流の値が供給可能電流の値よりも小さい場合、上位装置１４は、端子間電圧が次に低い二次電池パック（最小電圧パック）１５を抽出し（ステップ１０８）、該二次電池パック１５に充電を開始させる（ステップ１０９）。

上位装置１４は、再度、充電中の各二次電池パック１５から通知された充電電流の値（合計値）と供給可能電流の値とを比較し（ステップ１１０）、充電電流の値（合計値）が供給可能電流の値よりも小さければ、ステップ１０８に戻って端子間電圧が次に低い二次電池パック１５を更に追加して充電させる。

ステップ１０７及びステップ１１０にて、充電電流の値（合計値）が供給可能電流の値以上である場合、上位装置１４は、充電中の二次電池パック１５の端子間電圧の測定値を監視しつつ（ステップ１１１）、端子間電圧の値が予め設定された規定電圧になるまで二次電池パック１５を充電させる（ステップ１１２）。規定電圧は、二次電池パック１５に対する充電動作を停止させる端子間電圧であり、二次電池パック１５が満充電となる端子間電圧以下であれば、任意の値に設定してもよい。

充電中の二次電池パック１５の端子間電圧が規定電圧に到達した場合、上位装置１４は、端子間電圧が最も低い二次電池パック１５を抽出し（ステップ１１３）、充電対象となる二次電池パック１５の切り替え処理を開始する。

二次電池パック１５の切り替え処理時、上位装置１４は、端子間電圧が最も低い二次電池パック１５（以下、「新電池パック」と称す）に、電流制限回路２１を用いて充電電流を一定値以下に制限させつつ充電を開始させる（ステップ１１５）。続いて、上位装置１４は、それまで充電していた充電中の二次電池パック１５（以下、「旧電池パック」と称す）の放電スイッチ１７をオフさせる（ステップ１１６）。さらに、上位装置１４は、新電池パックの充電スイッチ１８をオンにし（ステップ１１７）、その後、新電池パックの電流制限回路２１をオフさせて電流制限動作を停止させる（ステップ１１８）。その後はステップ１０５に戻ってステップ１０５〜ステップ１１８の処理を繰り返す。

ステップ１１０で、充電電流の値（合計値）が供給可能電流の値以上である場合、複数の二次電池パック１５を並列で充電させながらステップ１１１以降の処理へ移行する。

なお、上記説明では、充電中の二次電池パック１５について、その端子間電圧が予め設定した規定電圧になるまで充電を継続する例を示しているが、二次電池パック１５の充電動作は端子間電圧が規定電圧に到達する前に停止してもよい。

例えば二次電池パック１５を予め設定した一定の充電電圧で充電している場合、二次電池パック１５の充電状態は、端子間電圧が上記充電電圧よりも十分に低く、該端子間電圧が時間の経過と共にほぼ比例して上昇するＣＣ（Constant Current）領域と、端子間電圧が上記充電電圧に近い、該端子間電圧の上昇速度が遅く上記充電電圧へゆっくりと到達するＣＶ（Constant Voltage）領域とに分けることができる。

上位装置１４は、充電中の二次電池パック１５の端子間電圧を監視し、該端子間電圧の値に基づき、充電中の二次電池パック１５が上記ＣＶ領域に達したと判定した時点で、充電対象の二次電池パック１５を新電池パックに切り替えてもよい。もちろん、充電中の二次電池パック１５が上記ＣＶ領域に到達していない場合でも、充電対象の二次電池パック１５を新電池パックに切り替えてもよい。このように充電中の二次電池パック１５がＣＶ領域に到達した時点で充電対象の二次電池パック１５を新電池パックに切り替えることで、二次電池パック１５の充電時間を短縮できる。充電中の二次電池パック１５がＣＣ領域にあるかＣＶ領域にあるかは、上述したように端子間電圧で判定可能であり、ＣＶ領域へ到達したか否かは二次電池パック１５の製造メーカや販売メーカ等が設定した値（端子間電圧）に基づいて判断すればよい。

図４は、図１に示した放電スイッチ、充電スイッチ及び電流制限回路の構成例を示す回路図である。

図４に示す回路は、放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８としてＭＯＳＦＥＴを用い、それらが直列に接続された例である。電流制限回路２１には定電流回路が用いられる。定電流回路は、例えば電流が流れる経路に挿入された第１バイポーラトランジスタと、該第１バイポーラトランジスタに流れる電流を検出して一定値以下に制御する第２バイポーラトランジスタとを有する構成である。図４に示す回路では、定電流回路によって二次電池ブロック１１の充電電流を一定値以下に制限できる。

図５は、図１に示した放電スイッチ、充電スイッチ及び電流制限回路の他の構成例を示す回路図である。

図５に示す回路は、充電スイッチ１８としてＭＯＳＦＥＴを用い、放電スイッチ１７としてリレーを用いた例である。電流制限回路２１は、図４に示した回路と同様に２つのバイポーラトランジスタを備えた定電流回路で構成される。図５に示す回路でも、定電流回路によって二次電池ブロック１１の充電電流を一定値以下に制限できる。

図６は、図１に示した放電スイッチ、充電スイッチ及び電流制限回路の他の構成例を示す回路図である。

図６に示す回路は、放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８がバイポーラトランジスタで構成され、それらが並列に接続された例である。図６に示す回路では、放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８としてＰＮＰ型のトランジスタを用い、放電スイッチ１７として用いるトランジスタはそのエミッタを二次電池の負極と接続し、充電スイッチ１８として用いるトランジスタはそのコレクタを二次電池の負極と接続することで、放電電流または充電電流の方向を決定する。放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８にはＮＰＮ型のトランジスタを用いてもよい。その場合、放電スイッチ１７として用いるトランジスタはそのコレクタを二次電池の負極と接続し、充電スイッチ１８として用いるトランジスタはそのエミッタを二次電池の負極と接続すればよい。電流制限回路２１は、図４に示した回路と同様に２つのバイポーラトランジスタを備えた定電流回路で構成される。図６に示す回路でも、定電流回路によって二次電池ブロック１１の充電電流を一定値以下に制限できる。

図７は、図１に示した放電スイッチ、充電スイッチ及び電流制限回路の他の構成例を示す回路図である。

図７に示す回路は、放電スイッチ１７及び充電スイッチ１８が図４に示した回路と同様にＭＯＳＦＥＴで構成されている。電流制限回路２１は、高耐圧素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）及び定電流検出回路を備え、定電流検出回路によりＩＧＢＴに流れる電流を検出して一定値以下に制限する構成である。図７に示す電流制限回路２１は、充放電電圧が高い二次電池パック１５にも適用可能であり、二次電池ブロック１１の充電電流を一定値以下に制限できる。

本実施形態によれば、端子間電圧の低い二次電池パック１５へ流れる充電電流を電流制限回路２１によって一定値以下に制限しつつ充電対象の二次電池パック１５を切り替えるため、該切り替え時に蓄電システムの充電動作を停止させる必要がない。したがって、ＰＶや風力等で発電された電力を無駄にすることが無い。また、充電電流を一定値以下に制限することで、端子間電圧の高い二次電池パック１５から端子間電圧の低い二次電池パック１５へ過剰な充電電流が流れたり、放電スイッチ１７として用いるＭＯＳＦＥＴが異常に発熱したりすることもない。そのため、充電対象の二次電池パック１５を安全に切り替えることが可能である。

以下、本発明の蓄電システムの実施例について説明する。

例えば、図１に示した２つの二次電池パック１５の残存容量差が３０％であり、そのときの各二次電池１０の端子間電圧が４．２Ｖと３．７Ｖであったとする。また、二次電池ブロック１１は、５０個の二次電池１０が直列に接続された構成であり、直列に接続された合計して１００個の二次電池１０を備える二次電池パック１５を使用するものとする。

残存容量差が３０％のときの二次電池１０の電圧差は（４．２Ｖ−３．７Ｖ）＝０．５Ｖである。１００個の二次電池１０が直列に接続されているため、二次電池パック１５の電圧差は０．５Ｖ×１００＝５０Ｖである。二次電池パック１５の規定抵抗値が４０ｍΩである場合、２つの二次電池パック１５を直接接続すると、二次電池パック１５間に流れる電流は１２５０Ａとなる。

一方、二次電池パック１５の容量を３０Ａｈとし、最大充電電流を９０Ａ（３Ｃ）とすると、充電対象の切り替え時に二次電池パック１５間に流れる充電電流は９０Ａ以下に制限する必要がある。その場合、電流制限回路２１には、例えば８０Ａ以下に電流を制限する回路を用いればよい。

また、複数の二次電池パック１５を並列に接続して１００ＫＷｈの蓄電システムを実現する場合を考える。各二次電池パック１５の端子間電圧は４００Ｖ〜６００Ｖ程度とする。ここで、各二次電池パック１５の端子間電圧の平均値を３７０Ｖとすると、蓄電システムに要求される容量は１００ＫＷｈ／３７０Ｖ＝２７０Ａｈとなる。したがって、各二次電池パック１５の容量を３０Ａｈとすると、８つ（２７０Ａｈ／３０Ａｈ＝８）の二次電池パック１５を並列に接続して蓄電システムを構成すればよい。

このような複数の二次電池パック１５を備える蓄電システムは、二次電池パック１５を個別に切り離して交換したり、二次電池パック１５を増設したりすることができる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。

この出願は、２０１２年１月３０日に出願された特願２０１２−０１６３５２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

二次電池、前記二次電池の充電経路に流れる充電電流をオンオフする充電スイッチ、前記二次電池の放電経路に流れる放電電流をオンオフする放電スイッチ、並びに前記充電電流を一定値以下に制限する、前記充電スイッチと並列に接続された電流制限回路をそれぞれ備えた複数の二次電池パックと、
充電対象となる二次電池パックを、第１の二次電池パックから該第１の二次電池パックよりも端子間電圧が低い第２の二次電池パックへ切り替えるとき、前記第２の二次電池パックの前記電流制限回路を動作させることで、前記第２の二次電池パックが備える二次電池を充電するための充電電流が流れる経路を形成し、前記充電電流を前記電流制限回路により前記一定値以下に制限させつつ前記第２の二次電池パックの充電を開始させ、前記第１の二次電池パックの放電スイッチをオフさせる上位装置と、
を有する蓄電システム。
前記上位装置は、
前記第１の二次電池パックの放電スイッチをオフさせた後、前記第２の二次電池パックの充電スイッチをオンさせ、前記第１の二次電池パックの充電スイッチをオフさせ、その後、前記第２の二次電池パックの前記電流制限回路による電流制限動作を停止させる請求項１記載の蓄電システム。
前記上位装置は、
前記第１の二次電池パックの充電状態がＣＶ領域に到達したとき、充電対象となる二次電池パックを、前記第１の二次電池パックから前記第２の二次電池パックへ切り替える請求項１または２記載の蓄電システム。
二次電池、前記二次電池の充電経路に流れる充電電流をオンオフする充電スイッチ、前記二次電池の放電経路に流れる放電電流をオンオフする放電スイッチ、並びに前記充電電流を一定値以下に制限する、前記充電スイッチと並列に接続された電流制限回路をそれぞれ備えた複数の二次電池パックに対する充電動作を制御するための二次電池パックの制御方法であって、
情報処理装置が、
充電対象となる二次電池パックを、第１の二次電池パックから該第１の二次電池パックよりも端子間電圧が低い第２の二次電池パックへ切り替えるとき、前記第２の二次電池パックの前記電流制限回路を動作させることで、前記第２の二次電池パックが備える二次電池を充電するための充電電流が流れる経路を形成し、前記充電電流を前記電流制限回路により前記一定値以下に制限させつつ前記第２の二次電池パックの充電を開始させ、前記第１の二次電池パックの放電スイッチをオフさせる二次電池パックの制御方法。
前記情報処理装置が、
前記第１の二次電池パックの放電スイッチをオフさせた後、前記第２の二次電池パックの充電スイッチをオンさせ、前記第１の二次電池パックの充電スイッチをオフさせ、その後、前記第２の二次電池パックの前記電流制限回路による電流制限動作を停止させる請求項４記載の二次電池パックの制御方法。
前記情報処理装置が、
前記第１の二次電池パックの充電状態がＣＶ領域に到達したとき、充電対象となる二次電池パックを、前記第１の二次電池パックから前記第２の二次電池パックへ切り替える請求項４または５記載の二次電池パックの制御方法。
二次電池と、
前記二次電池の充電経路に流れる充電電流をオンオフする充電スイッチと、
前記二次電池の放電経路に流れる放電電流をオンオフする放電スイッチと、
前記充電電流を一定値以下に制限する、前記充電スイッチと並列に接続された電流制限回路と、
外部からの指示にしたがって前記充電スイッチ、前記放電スイッチ及び前記電流制限回路を制御する制御部と、
を有する二次電池パック。
前記電流制限回路は、定電流回路である請求項７記載の二次電池パック。
前記定電流回路に、ＩＧＢＴを含む請求項８記載の二次電池パック。
前記充電スイッチ及び前記放電スイッチは、ＭＯＳ型トランジスタであり、それらが直列に接続されている請求項７から９のいずれか１項記載の二次電池パック。
前記充電スイッチ及び前記放電スイッチは、バイポーラ型トランジスタであり、それらが並列に接続されている請求項７から９のいずれか１項記載の二次電池パック。
前記放電スイッチは、リレーである請求項７から９のいずれか１項記載の二次電池パック。