JPWO2018199311A1 - 管理装置、蓄電装置および蓄電システム - Google Patents

Abstract

管理装置２１は、直列に接続された複数の蓄電素子４１の充電中に、いずれかの蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値以上になった場合に、コンバータ１１に充電電圧を下げるように第１引下信号を出力するメイン制御部２３を備える。

Description

本明細書によって開示される技術は、直列に接続された複数の蓄電素子を充電する技術に関する。

複数の蓄電素子を直列に接続した組電池は、特性の相違により、セル電圧（充電状態）にばらつきがある。セル電圧（充電状態）のばらつきが大きい場合、充電中に一部の蓄電素子の電圧が、他の蓄電素子よりも上昇する場合がある。下記特許文献１には、充電中に、一部の蓄電素子の電圧が設定値を超えた場合、充電を遮断する記載がある。

特開平４−３３１４２５号公報

本明細書では、充電中、蓄電素子が保護電圧を超えることを抑制して、充電を継続させることを課題とする。

管理装置は、直列に接続された複数の蓄電素子の充電中に、いずれかの前記蓄電素子の電圧が第１閾値以上になった場合に、充電器に充電電圧を下げる引下通知をする制御部を備える。

制御部は、いずれかの蓄電素子の電圧が第１閾値以上になった場合に、充電器に引下通知をする。充電器は引下通知を受けると、充電電圧を下げる。充電電圧を下げることで、充電電圧を下げない場合と比較して、第１閾値以上になった蓄電素子の電圧が上昇することを抑制出来る。そのため、蓄電素子が保護電圧を超えることを抑制でき、充電を継続させることができる。

実施形態１におけるＵＰＳの電気的構成を示すブロック図 放電回路の回路図 組電池のＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係を示すグラフ 電圧管理処理のフローチャート 定電流定電圧充電における蓄電素子のセル電圧、組電池の電池電圧および充電電流の変化を示す図 充電電圧が異なる場合の充電特性を示す図 充電電圧が低変化領域に含まれる場合の充電特性を示す図 充電電圧を途中で引き下げた場合の充電特性を示す図 充電電圧復帰処理のフローチャート 蓄電素子のセル電圧の波形および充電電流の波形 蓄電素子のセル電圧の波形および充電電流の波形 蓄電素子のセル電圧の波形、組電池の電池電圧の波形および充電電流の波形 図１０の要部拡大図 実施形態２における電圧管理処理のフローチャート 実施形態２における図４に相当する図 実施形態３におけるＵＰＳの電気的構成を示すブロック図 コンバータの充電電圧の波形と蓄電素子の電圧波形 コンバータの充電電圧の波形と蓄電素子の電圧波形 コンバータの充電電圧の波形と蓄電素子の電圧波形 実施形態４におけるＵＰＳの電気的構成を示すブロック図 他の実施形態におけるＵＰＳの電気的構成を示すブロック図 他の充電制御方法のＵＰＳを示す図

（本実施形態の概要）
管理装置は、直列に接続された複数の蓄電素子の充電中に、いずれかの前記蓄電素子の電圧が第１閾値以上になった場合に、充電器に充電電圧を下げる引下通知をする制御部を備える。

蓄電素子を直列に複数接続している場合、各蓄電素子の電圧（充電状態）のばらつきが大きいと、充電器によって充電を行う際に、電圧の高い蓄電素子の電圧が急上昇する。

本発明者らは、複数の蓄電素子を充電する場合に、一部の蓄電素子の電圧が上昇することを抑制できないか、検討を行った。
検討を行った結果、本発明者らは、いずれかの蓄電素子の電圧が第１閾値以上になった場合に、充電器の充電電圧を下げることを考えた。充電電圧を下げることで、充電電圧を下げない場合と比較して、第１閾値以上になった蓄電素子の電圧が上昇することを抑えることが出来る。そのため、蓄電素子が保護電圧を超えることを抑制できる。蓄電素子に不具合が生じることを抑制しつつ、充電を継続させることができる。

前記充電器は、複数の前記蓄電素子について各蓄電素子の電圧を用いて、もっとも電圧の高い蓄電素子の電圧が一定になるように細かく充電を制御せず、複数の前記蓄電素子の総電圧によって充電を制御してもよい。
各蓄電素子の電圧(充電状態)のばらつきがある場合、複数の蓄電素子の総電圧を監視して充電を行うと、最も電圧の高い蓄電素子の電圧が上昇して保護電圧を超える場合がある。いずれかの蓄電素子の電圧が第１閾値以上になった場合に、充電電圧を下げることで、最も電圧の高い蓄電素子の電圧が上昇して、蓄電素子の電圧が保護電圧に至ることを抑制できる。

前記制御部は、充電電圧の引き下げ後、いずれかの前記蓄電素子の電圧が前記第１閾値以上の場合、前記充電器に対して前記充電電圧を更に低下させる段階引下通知をしてもよい。制御部は、前記段階引下通知を複数回に亘って行い、前記充電電圧を多段階で低下させてもよい。制御部から充電器に引下通知をすることで充電電圧が下がり、一時的に、蓄電素子の電圧が保護電圧に至ることを抑制できる。充電電圧の引き下げ後、蓄電素子の電圧が再度第１閾値以上になった場合、制御部は充電器に段階引下通知をして、さらに充電電圧を下げる。これを複数回にわたって実施することにより、蓄電素子の電圧が保護電圧に至ることを抑制できる。

前記蓄電素子は、充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に低い低変化領域と、前記低変化領域の充電状態よりも高充電状態であって、前記低変化領域よりも充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に高い、高充電状態の高変化領域と、を有しており、前記第１閾値は、前記高充電状態の前記高変化領域に含まれていてもよい。

蓄電素子における充電速度は、充電電圧が高いほど早い。本発明者らは、第１閾値を高充電状態の高変化領域に含まれる電圧にすることで、いずれかの蓄電素子の電圧が第１閾値以上になるまでは、高い電圧で蓄電素子を充電することを試みた。いずれかの蓄電素子の電圧が第１閾値以上になった後に、充電器へ引下通知をして充電電圧を下げることを見出した。これにより、当初から充電電圧を下げた場合に比べて、充電時間を短くすることができる。また、高変化領域では、低変化領域に比べて、開放電圧の変化に対して充電容量変化割合が小さい。そのため、第１閾値が低変化領域に含まれる場合に比べて、蓄電素子の電圧を下げつつ、蓄電素子の充電状態を高充電状態に維持することができる。

前記制御部は、すべての前記蓄電素子の電圧が第２閾値以下である場合に、前記充電器の前記充電電圧を初期値に戻す復帰通知をしてもよい。

充電電圧を戻すことで、蓄電素子の充電速度を早くすることが出来る。また、放電後の組電池を再充電する際に、複数の蓄電素子を通常の充電電圧で充電することができ、充電時間を短くすることができる。

前記制御部は、前記充電器が前記充電電圧の調整を、所定回数又は所定時間以上繰り返す場合、異常を報知してもよい。異常を報知することで、使用に適さない蓄電装置が使用され続けることを抑制できる。

前記制御部は、複数の前記蓄電素子間の電圧差が所定値以下である場合、前記充電器の前記充電電圧を初期値に戻す復帰通知してもよい。

充電電圧を戻すことで、蓄電素子の充電速度を早くすることが出来る。また、放電後の組電池を再充電する際に、複数の蓄電素子を通常の充電電圧で充電することができ、充電時間を短くすることができる。

前記制御部は、前記充電電圧を引き下げた状態が所定時間以上継続する場合、異常を報知してもよい。異常を報知することで、使用に適さない蓄電装置が使用され続けることを抑制できる。

前記蓄電素子を個別に放電させる放電回路を有しており、前記制御部は、電圧が第３閾値以上になった前記蓄電素子を、前記放電回路によって放電してもよい。充電器によって充電電圧を下げつつ、放電回路によって蓄電素子を放電することで、第３閾値以上になった蓄電素子の電圧が上昇することをさらに抑制できる。第３閾値を用いずに、各蓄電素子の電圧と、最も低い電圧の差が第４閾値以上である場合に、電圧差が第４閾値未満になるように、前記蓄電素子を、前記放電回路によって放電してもよい。

蓄電装置は、１又は直列に接続された複数の蓄電ブロックと、管理装置と、を備え、前記蓄電ブロックは、直列に接続された複数の前記蓄電素子を有する。

蓄電システムは、充電器と、前記蓄電装置と、前記充電器と前記蓄電装置とを接続する充電経路を備える。

前記充電器は、複数の前記蓄電素子について各蓄電素子の電圧を用いて、もっとも電圧の高い蓄電素子の電圧が一定になるように細かく充電を制御せず、前記蓄電装置の総電圧によって充電を制御してもよい。

前記充電器は、前記引下通知に応答して、前記充電電圧を初期値から引き下げ、引き下げ後の充電電圧は、前記蓄電素子１つあたりの電圧に換算して前記高充電状態の前記高変化領域に含まれていてもよい。

引き下げ後の充電電圧は、蓄電素子１つあたりの電圧に換算して高充電状態の高変化領域に含まれるから、充電電圧を下げた後でも、充電時間を短くすることができる。

前記充電経路上に、前記蓄電装置に対する充電を制御する充電制御回路を有していなくてもよい。充電制御回路を使用せずに、充電電圧の制御が可能であり、部品点数を削減することが出来る。

蓄電システムは、主電源から負荷に電力を給電する給電線に対して分岐線を介して接続された前記蓄電装置と、前記分岐線に設けられた電力変換器と、を備え、前記電力変換器は、主電源から供給される電力の一部を変換して前記蓄電装置に対する充電電流の出力と、前記蓄電装置から供給される電力を変換して前記負荷に対する放電電流の出力と、を行う双方向の電力変換器であり、前記制御部は、前記蓄電装置のいずれかの前記蓄電素子の電圧が前記第１閾値以上になった場合に、前記電力変換器に前記充電電圧を下げる前記引下通知をする。電力変換器を停止することなく、充電を制御できる。

充電方法は、直列に接続された複数の蓄電素子の充電中に、いずれかの蓄電素子の電圧が第１閾値以上になった場合、前記蓄電素子の管理装置から充電器に引下通知を行うステップと、充電器にて充電電圧を下げるステップを有する。

（実施形態１）
本明細書に開示された実施形態１について図１から図１３を参照して説明する。
本実施形態は、ビル、駅、病院などの施設に設置される無停電電源装置（以下、「ＵＰＳ」ともいう）１０を例示する。図１に示すように、ＵＰＳ１０は、図示しないビルやプラントに設置された負荷７０と交流電源８０とを接続する給電線１５と、コンバータ（「充電器」の一例）１１と、インバータ１２と、蓄電装置２０とを備える。コンバータ１１とインバータ１２は、給電線１５上に配置されている。無停電電源装置１０が蓄電システムに相当する。

ＵＰＳ１０は、常時インバータ給電方式のＵＰＳである。ＵＰＳ１０は、交流電源８０から出力される電力をコンバータ１１によって交流から直流に変換し、インバータ１２に供給する。インバータ１２は、コンバータ１１から供給された電力を直流から交流に変換して負荷７０に供給する。

コンバータ１１の出力する直流電流の一部が、充電電流として、蓄電装置２０に供給される。蓄電装置２０は、コンバータ１１からの充電電流により充電される。

コンバータ１１は、蓄電装置２０を総電圧で充電制御する。総電圧による充電制御は、蓄電装置２０の総電圧を目標値に維持する充電制御であり、蓄電素子４１の最高セル電圧を一定に維持するなど、各蓄電素子４１の電圧に応じた制御は行わない。蓄電装置２０の総電圧は、直列に接続された複数の蓄電素子４１の電圧の総和（総電圧）である。蓄電装置２０は５つの蓄電ブロック３０を直列に接続し、各蓄電ブロック３０は４つの蓄電素子４１を直列に接続する。従って、蓄電装置２０は、直列に接続された２０個の蓄電素子４１の電圧の総和である。

コンバータ１１による蓄電装置２０の充電制御について説明する。コンバータ１１は、蓄電装置２０から総電圧の情報、ＳＯＣなど容量に関する情報、各蓄電素子４１の電圧の情報を受ける。コンバータ１１は、蓄電装置２０の残存容量が少ない場合、蓄電装置２０を定電流充電制御する。定電流充電制御により、蓄電装置２０の総電圧が所定値に至ると、蓄電装置２０の総電圧を目標値に維持するように定電圧充電制御（総電圧による充電制御）に切り換える。以下、各蓄電素子（単セル）の電圧を、セル電圧とする。

定電圧充電制御における、コンバータ１１の充電電圧（コンバータの出力電圧）Ｙの初期値Ｙｏは、以下の（１）式である。

Ｙｏ＝Ｖｓｅｌ×Ｎ・・・・・・（１）
Ｖｓｅｌは、蓄電素子４１の充電目標セル電圧であり、一例として３．５［Ｖ］である。Ｎは、蓄電素子４１の直列接続数であり、一例として２０である。充電電圧Ｙの初期値Ｙｏは、一例として、３．５×２０[Ｖ]である。

蓄電装置２０はフロート充電であり、コンバータ１１は、充電電圧Ｙで充電電流がほぼゼロになっても、定電圧充電制御を継続して蓄電装置２０の充電状態を維持する。蓄電装置２０の総電圧は、定電圧充電制御により、目標値である充電電圧Ｙに維持される。コンバータ１１は、充電中に、蓄電素子４１のセル電圧が保護電圧を超えた場合、充電を停止する機能を有するが、充電の停止は望ましくない。

蓄電装置２０は、直列に接続される５つの蓄電ブロック３０と、複数の蓄電ブロック３０を管理する電池管理装置（以下、「ＢＭＵ」という）２１と、スイッチ２２とを備える。蓄電装置２０は、給電線１５に対して分岐線１６を介して接続されている。給電線１５、分岐線１６は、蓄電装置２０の充電経路及び放電経路である。蓄電装置２０は、コンバータ１１からの充電電流により充電される。充電電流は、コンバータ１１から給電線１５、分岐線１６を経由して蓄電装置２０に供給される。蓄電装置２０は、交流電源８０が異常により電力を供給できない場合、インバータ１２を経由して負荷７０に電力を供給する。電池管理装置２１が管理装置に相当する。

スイッチ２２は、常閉式のリレーである。スイッチ２２は、蓄電素子４１が保護電圧を超えるなど蓄電装置２０の使用を禁止する必要がある場合、蓄電装置２０を給電線１５から切り離すために設けられている。

各蓄電ブロック３０は、複数（本実施形態では４つ）の蓄電素子４１を直列に接続した組電池４０、放電回路３１、電池監視装置（以下、「ＣＭＵ」という）３２、図示しない電流センサや温度センサなどを備える。

蓄電素子４１は、黒鉛、易黒鉛化カーボン、難黒鉛化カーボンなどのグラファイト系材料の負極活物質と、リン酸鉄リチウムなどのリン酸鉄系の正極活物質とを使用したリチウムイオンセルである。リチウムイオン電池である組電池４０は、直列に接続された４つの蓄電素子４１である。蓄電装置２０は、組電池４０を直列に５つ接続しており、合計２０個の蓄電素子４１を直列に接続している。

リチウムイオンセルである蓄電素子４１は、開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）と充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）との間に、図３に示す相関関係（以下、「ＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係」という）がある。Ｘ軸をＳＯＣ［％］、Ｙ軸をＯＣＶ［Ｖ］とするＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係では、図３に示すように、ＳＯＣが３０〜９５％の範囲は、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が所定値よりも小さい平坦な低変化領域Ｆである。低変化領域Ｆは、ＳＯＣが１［％］変化するのに対して、ＯＣＶの変化が２〜６［ｍＶ］未満の領域である。

ＳＯＣが９５％以上の範囲、及びＳＯＣが３０％以下の範囲は、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が低変化領域Ｆよりも相対的に高い高変化領域Ｓである。高変化領域Ｓのうち、低変化領域Ｆの充電状態（ＳＯＣが３０〜９５％の範囲）よりもＳＯＣが大きい高充電状態の領域（ＳＯＣが９５％以上の領域）を第１高変化領域Ｓ１とする。高変化領域Ｓのうち、低変化領域Ｆの充電状態（ＳＯＣが３０〜９５％の範囲）よりもＳＯＣが小さい低充電状態の領域（ＳＯＣが３０％以下の領域）を第２高変化領域Ｓ２とする。第１、第２高変化領域Ｓ１、Ｓ２は、例えば、ＳＯＣが１［％］変化するのに対して、ＯＣＶの変化が２〜６［ｍＶ］以上の領域である。第１高変化領域Ｓ１は、図３に示すように、セル電圧が約３．３５Ｖ以上の領域である。第１高変化領域Ｓ１が高充電状態の高変化領域である。

ＳＯＣ＝Ｃｒ／Ｃｏ×１００・・・・・・・・・・（２）
Ｃｏは蓄電装置の満充電容量、Ｃｒは蓄電装置の残存容量である。

放電回路３１は、図１および図２に示すように、各蓄電素子４１に対してそれぞれ設けられている。放電回路３１は、放電抵抗Ｒと放電スイッチＳＷとを直列に接続した回路である。各放電回路３１は、各蓄電素子４１と並列である。放電回路３１は、ＣＭＵ３２からの指令により、放電スイッチＳＷをオープンからクローズに切り換えることで、蓄電素子４１を個別に放電する。

ＣＭＵ３２は、電圧検出回路３３と、サブ制御部３４とを有している。電圧検出回路３３は、各蓄電素子４１のセル電圧や組電池４０の電池電圧（４つの蓄電素子４１の総電圧）を計測して、サブ制御部３４に出力する。サブ制御部３４は、放電回路３１の放電スイッチＳＷの切り換えや、各蓄電素子４１のセル電圧および組電池４０の電池電圧の計測値をＢＭＵ２１に出力する。

ＢＭＵ２１は、第１通信線５１を介して、コンバータ１１と通信可能に接続されている。また、ＢＭＵ２１は、第２通信線５２を介して、各蓄電ブロック３０のＣＭＵ３２と通信可能に接続されている。ＢＭＵ２１とコンバータ１１との通信、ＢＭＵ２１とＣＭＵ３２との通信は、ＣＡＮ、ＬＩＮ、ＲＳ２３２Ｃ、ＲＳ４８５など様々な種類の通信方式を採用することができる。

ＢＭＵ２１は、メイン制御部２３を備える。メイン制御部２３は制御部の一例である。メイン制御部２３は、各蓄電ブロック３０のＣＭＵ３２からの出力を監視する。ＢＭＵ２１は、蓄電装置２０のいずれかの蓄電素子４１の電圧が保護電圧を超えた場合、スイッチ２２に対して信号を送信し、スイッチ２２をクローズからオープンに切り換える。スイッチ２２を切り換えることで、蓄電装置２０を給電線１５から切り離し、蓄電素子４１（組電池４０）に不具合が生じること防止する。保護電圧は、蓄電素子４１に不具合が生じる可能性があり、蓄電素子４１の使用を禁止することが望ましいセル電圧である。保護電圧は一例として４．０[Ｖ]である。

メイン制御部２３は、各蓄電素子４１間の電圧にばらつきがある場合には、均等化処理を実行する。均等化処理は、放電回路３１によって電圧の高い蓄電素子４１を放電する処理である。均等化処理により、各蓄電素子４１間の電圧差を小さくして、蓄電素子４１間の充電容量のばらつきを均等化する。均等化処理は、蓄電ブロック３０ごとに、行うことが出来る。

リチウムイオンセルは、鉛蓄電池と異なり、高充電状態（高ＳＯＣ）で、セル電圧が上昇し易い。コンバータ１１が、各蓄電素子４１のセル電圧を用いて、もっとも電圧の高い蓄電素子のセル電圧が一定になるように細かく充電を制御せず、蓄電装置２０の総電圧で蓄電装置２０を充電制御する場合、以下の課題がある。蓄電装置２０の総電圧が充電電圧Ｙを維持していても、各蓄電素子４１間では電圧差があり、一部の蓄電素子４１のセル電圧が想定よりも上昇する場合がある。特に、各蓄電素子４１間のセル電圧（充電状態）のばらつきが大きいと、充電率の高い蓄電素子４１のセル電圧が充電末期の第１高変化領域Ｓ１の範囲で急激に上昇する場合がある。各蓄電素子４１間のセル電圧ばらつきの解消するため、均等化処理を行っても、電圧の上昇に、放電が追い付かず、充電率の高い蓄電素子４１のセル電圧が、保護電圧を超える場合がある。

蓄電素子４１のセル電圧が保護電圧を超えると、スイッチ２２によって蓄電装置２０が給電線１５から切り離される。給電線１５から切り離されると、コンバータ１１から蓄電装置２０への充電および蓄電装置２０からインバータ１２への放電がいずれも出来ない。

本実施形態のＢＭＵ２１のメイン制御部２３は、各蓄電素子４１のセル電圧が保護電圧に至ることを抑制しつつ、コンバータ１１による定電圧充電制御を継続させる電圧管理処理を実行する。

電圧管理処理について、図４および図５を参照して、説明する。
図４は、電圧管理処理の流れを示すフローチャート図である。電圧管理処理は、蓄電装置２０の充電中、常時もしくは定期的に実行される。

電圧管理処理では、まず、蓄電装置２０の各蓄電ブロック３０におけるＣＭＵ３２のサブ制御部３４が、電圧検出回路３３の出力より各蓄電素子４１のセル電圧を検出する。セル電圧の検出後、サブ制御部３４は、検出結果をＢＭＵ２１のメイン制御部２３に出力する（Ｓ１１）。

ＢＭＵ２１のメイン制御部２３は、入力された各蓄電素子４１のセル電圧と、メイン制御部２３に予め記憶された第１閾値とを比較する（Ｓ１２）。比較の結果、蓄電装置２０の全ての蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値未満の場合（Ｓ１２：ＮＯ）、電圧管理処理を終了する。第１閾値は、蓄電素子４１の性能が劣化する可能性のある充電電圧上限値である。充電電圧上限値とは、充電状態における蓄電素子４１の電圧上限値である。

第１閾値は、第１高変化領域Ｓ１に含まれる電圧であり、一例として、３．７[Ｖ]である。
充電目標セル電圧、第１閾値、保護電圧の大小関係は以下の通りである。
充電目標セル電圧＜第１閾値＜保護電圧・・・・（３）

比較の結果、蓄電装置２０のいずれかの蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値以上の場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、メイン制御部２３は、セル電圧が第１閾値以上の蓄電素子４１を放電するようにサブ制御部３４に信号を出力する。信号が入力されたサブ制御部３４は、セル電圧が第１閾値以上の蓄電素子４１を放電回路３１によって放電させる（Ｓ１３）。

メイン制御部２３は、Ｓ１３と同時に、コンバータ１１に対して、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏから引き下げるための第１引下信号を出力する（Ｓ１４）。第１引下信号が入力されたコンバータ１１は、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏから所定値だけ引き下げ（Ｓ１５）、定電圧充電制御を継続する。メイン制御部２３がコンバータ１１に出力する第１引下信号が引下通知に相当する。

充電電圧Ｙを下げることで、第１閾値以上になった蓄電素子４１のセル電圧を第１閾値未満に低下させることができる。これにより、蓄電素子４１が保護電圧を超えることを抑制しつつ、充電を継続させることができる。

図５は、定電流定電圧充電における蓄電素子４１のセル電圧の波形、組電池４０の電池電圧の波形および充電電流の波形をである。

コンバータ１１は、充電開始後、蓄電装置２０を定電流充電制御する。蓄電装置２０の総電圧が所定の電圧値に至ると（図５のＶ１を参照）、コンバータ１１は、定電流充電制御から定電圧充電制御に切り換える。定電圧充電制御への切り換え後、コンバータ１１は、充電電圧Ｙｏで蓄電装置２０を充電する。定電圧充電制御に切り換わると、蓄電装置２０の充電電流は、徐々に低下する。

定電圧充電制御への切り換え後、蓄電装置２０の平均セル電圧（破線Ｖａ）は充電目標セル電圧付近で維持される。各蓄電素子４１間のセル電圧（充電状態）のばらつきが大きいと、蓄電素子４１の最高セル電圧（実線Ｖｈ）は、上昇して第１閾値に至る。平均セル電圧Ｖａは、蓄電装置２０を構成する全ての蓄電素子４１の平均セル電圧である。最高セル電圧Ｖｈは、蓄電装置２０を構成する全ての蓄電素子４１のうち、もっとも電圧が高い蓄電素子のセル電圧である。

蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈが第１閾値に至ると、放電回路３１は第１閾値以上になった蓄電素子４１を放電する。これと同時に、メイン制御部２３からコンバータ１１に第１引下信号が出力される。コンバータ１１は、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏから引き下げる(図５のＶ２）。

充電電圧Ｙの引き下げと放電により、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈが、第１閾値以上になることを抑制できる。そのため、蓄電素子４１が保護電圧を超えることを抑制しつつ、充電を継続できる。

実施形態１のＵＰＳ１０と、他の充電制御方法のＵＰＳ４００の回路の違いを説明する。
図２２は、他の充電制御方法のＵＰＳ４００の回路図である。ＵＰＳ４００は、コンバータ１１と、インバータ１２と、蓄電装置４２０と、充電制御回路４５０を備えている。蓄電装置４２０は、直列に接続された複数の蓄電ブロック４３０と、ＢＭＵ４２１とを備えている。蓄電装置４２０は、交流電源８０から負荷７０への給電線１５に対して分岐線１６を介して接続されている。充電制御回路４５０は、分岐線１６に設けられている。

充電制御回路４５０は、第１経路Ｌ１、第２経路Ｌ２と、第１ダイオードＤ１と、スイッチＳＷと、第２ダイオードＤ２とを備えている。第１経路Ｌ１と第２経路Ｌ２は並列に接続されている。第１ダイオードＤ１は充電方向が順方向である。第１ダイオードＤ１とスイッチＳＷは直列に接続されており、第１経路Ｌ１に設けられている。第２ダイオードＤ２は、放電方向が順方向である。第２ダイオードＤ２は、第２経路Ｌ２に設けられている。

第１経路Ｌ１は、蓄電装置４２０の充電用の経路である。第２経路Ｌ２は、蓄電装置４２０の放電用の経路である。スイッチＳＷは、蓄電ブロック４３０への充電を制御するスイッチである。ＢＭＵ４２１の制御部４２３は、ＣＭＵ４３２の出力に基づいて、各蓄電素子４１のセル電圧を監視しつつ、スイッチＳＷのクローズ、オープンを切り換えることで、通常使用可能領域内（図５参照）で、蓄電装置４２０を充電する。

実施形態１のＵＰＳ１０は、先に説明したように、いずれかの蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値以上になった場合に、蓄電装置２０からコンバータ１１に第１引下信号を出力して、充電電圧Ｙを引き下げる。そのため、充電制御回路４５０を用いて充電を制御しなくても、通常使用可能領域内（図５参照）で、蓄電装置２０を充電できる。実施形態１のＵＰＳ１０は、図１に示すように、充電経路である分岐線１６に、蓄電装置２０の充電を制御する充電制御回路４５０を有していない。実施形態１のＵＰＳ１０は、ＵＰＳ４００と比較して、充電制御回路４５０を廃止でき、部品点数を削減できるというメリットがある。

充電速度について説明する。
蓄電素子４１が保護電圧を超えることを抑制しつつ、充電を継続させる手段としては、コンバータ１１による蓄電装置２０の充電電圧Ｙを、当初から充電電圧引き下げ後の充電電圧に設定する方法がある。

本発明者らは、充電電圧Ｙを変えて特性を検討したところ、蓄電素子４１の充電速度（ＳＯＣの増加率）は、充電電圧が高いほど、早い（大きい）ことを知見した。

図６および図７は、充電電圧Ｙが異なる場合について、定電流定電圧充電中における蓄電素子４１のセル電圧の波形、ＳＯＣおよび充電電流の波形である。

図６の（Ａ）は、蓄電素子４１の平均セル電圧が３．５［Ｖ］となるように充電電圧Ｙを３．５×Ｎ［Ｖ］として蓄電装置２０を定電圧制御した時のデータである。図６の（Ｂ）は、蓄電素子４１の平均セル電圧が３．４［Ｖ］となるように充電電圧Ｙを３．４×Ｎ［Ｖ］として蓄電装置２０を定電圧充電制御した時のデータである。

ＳＯＣの増加率を参照すると、平均セル電圧を３．４［Ｖ］に設定した場合（図６の（Ｂ））は、平均セル電圧を３．５［Ｖ］にした場合（図６の（Ａ））と比較して、セル電圧が上限に当たり易い。平均セル電圧を３．５［Ｖ］にした場合について、ＳＯＣが８０％になる時間をＴとする。平均セル電圧を３．４［Ｖ］にした場合、ＳＯＣが８０％になる時間は、Ｔ＋Ｔαであり、平均セル電圧を３．５［Ｖ］にした場合よりも、長時間である。

図７は、低変化領域Ｆ（蓄電素子４１の平均セル電圧が３．３４［Ｖ］）における定電圧充電制御の状態を示す。図７は、蓄電素子４１の平均セル電圧が３．３４［Ｖ］となるように定電圧充電制御した場合の、蓄電素子４１のセル電圧の波形、ＳＯＣおよび充電電流の波形である。３．３４［Ｖ］は低変化領域Ｆに含まれる電圧である。蓄電素子４１の平均セル電圧を３．３４[Ｖ]にした場合、ＯＣＶの変化量に対するＳＯＣの変化量が非常に大きい。このため、ＳＯＣを高い状態に維持することができなくなる。さらに、平均セル電圧が３．３４［Ｖ］になるように蓄電装置２０を定電圧充電制御した場合、Ｔ時間（図６の（Ａ）においてＳＯＣが８０％になる時間）経過後であっても、ＳＯＣがおおよそ６８％であり、蓄電素子４１のＳＯＣを高く維持することができない。

以上の結果から、蓄電素子４１におけるＳＯＣの増加率は、充電電圧Ｙが高いほど大きく、充電電圧Ｙが高いほど、蓄電装置２０の充電時間を短縮することができることが分かる。また、ＳＯＣを高く維持するためには、コンバータ１１の充電電圧Ｙは、蓄電素子１つ当たりのセル電圧（充電目標セル電圧Ｖｓｅｌ）に換算して、第１高変化領域Ｓ１に含まれることが好ましい。コンバータ１１の充電電圧Ｙの初期値Ｙｏは、７００Ｖであり、セル電圧に換算すると３．５Ｖである。第１高変化領域Ｓ１は３．３５Ｖ以上であるから、コンバータ１１の充電電圧Ｙの初期値Ｙｏは、セル電圧に換算して、第１高変化領域Ｓ１に含まれる。

図８に示すように、蓄電素子４１のセル電圧がＳＯＣ増加率の高い電圧（約３．５Ｖ）に至った後に、定電圧充電制御に切り換えることで（図８のＶｂ）、蓄電装置２０の充電時間が増加することを回避しつつ、ＳＯＣを高い状態にすることができる。

ＵＰＳ１０は、ＳＯＣ増加率の高い充電電圧Ｙによって蓄電装置２０の定電圧充電制御を行い、蓄電装置２０のいずれかの蓄電素子４１におけるセル電圧が、第１高変化領域Ｓ１に含まれる第１閾値以上になった場合に、充電電圧Ｙを引き下げて充電を継続する。これにより、各蓄電素子４１が保護電圧を超えることを抑制しつつ、充電を継続させることができる。さらには、蓄電装置２０の充電時間が増加することを回避することができる。

鉛蓄電池を充電する従来型のコンバータは、蓄電装置２０の総電圧で、蓄電装置２０を充電制御する場合が多い。蓄電装置２０は、こうした鉛蓄電池を充電する従来型のコンバータを、充電器として使用することもできる。そのため、ＵＰＳ１０全体を交換せずに、蓄電ブロックだけ、鉛蓄電池からリチウムイオンセルに交換することもできる。交換後、鉛蓄電池を充電する従来のコンバータはそのまま継続使用することもできる。

第１閾値は、コンバータ１１における充電電圧Ｙの引き下げ後の充電電圧が、第１高変化領域Ｓ１に含まれるように第１高変化領域Ｓ１において高充電側に設定されている。したがって、充電電圧Ｙの引き下げ後においても、ＳＯＣの増加率が低下することを抑制することができる。

蓄電装置２０に用いた組電池４０（リン酸鉄系のリチウムイオン電池）では、第１高変化領域Ｓ１における蓄電素子４１のセル電圧が、マンガン系やコバルト系と比較して、より大きく変化する。このため、蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値や保護電圧に至りやすい傾向にある。メイン制御部２３は、いずれかの蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値以上になった場合に、コンバータ１１に引下信号を送り、充電電圧Ｙを引き下げる。これにより、蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値や保護電圧に至ることを抑制できる。

ＵＰＳ１０は、交流電源８０が停止した場合、蓄電装置２０からインバータ１２を経由して負荷７０に電力を供給する。負荷７０への電力供給後、各蓄電ブロック３０の組電池４０は、電池電圧が低下する。

電池電圧が低下すると、コンバータ１１は、蓄電装置２０への充電を開始し、複数の蓄電ブロック３０を定電流充電制御する。蓄電装置２０の総電圧が所定値に至ると、蓄電装置２０の総電圧を維持するように定電圧充電制御する。

前回充電時に、コンバータ１１の充電電圧Ｙが初期値Ｙｏから引き下げられていると、定電圧充電制御中に、ＳＯＣの増加率が低くなり、充電時間が増加する場合がある。

ＵＰＳ１０は、充電時間の増加を抑制するため、以下の充電電圧復帰処理を実行する。

充電電圧復帰処理について、図９および図１０を参照して、説明する。
図９は、充電電圧復帰処理の流れを示すフローチャートである。充電電圧復帰処理は、コンバータ１１の充電電圧Ｙの引き下げ後に、常時もしくは定期的に実行される。

充電電圧復帰処理では、まず、蓄電装置２０の各蓄電ブロック３０におけるＣＭＵ３２のサブ制御部３４が、電圧検出回路３３の出力より各蓄電素子４１のセル電圧を検出する。セル電圧の検出後、サブ制御部３４は、検出結果をＢＭＵ２１のメイン制御部２３に出力する（Ｓ２１）。

メイン制御部２３は、入力された各蓄電素子４１のセル電圧と、メイン制御部２３に予め記憶された第２閾値とを比較する（Ｓ２２）。比較の結果、いずれかの蓄電素子４１のセル電圧が第２閾値よりも高い場合（Ｓ２２：ＮＯ）、充電電圧復帰処理を終了する。

第２閾値は、蓄電装置２０において最もセル電圧の高い蓄電素子４１のセル電圧が、コンバータ１１の充電電圧Ｙを初期値Ｙｏに戻した場合でも、容易に第１閾値以上にならない充電電圧下限値である。充電電圧下限値は、充電状態における蓄電素子４１の電圧下限値である。

第２閾値は、一例として、３．４５[Ｖ]である。
第２閾値、充電目標セル電圧、第１閾値、保護電圧の大小関係は以下の通りである。
第２閾値≦充電目標セル電圧＜第１閾値＜保護電圧・・・・（４）

比較の結果、すべての蓄電素子４１のセル電圧が、第２閾値以下の場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、メイン制御部２３は、コンバータ１１に対して充電電圧Ｙを初期値Ｙｏに戻すための復帰信号を出力し（Ｓ２３）する。コンバータ１１は、復帰信号を受けると、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏに戻す（Ｓ２４）。メイン制御部２３がコンバータ１１に出力する復帰信号が復帰通知に相当する。

図１０は、充電電圧復帰処理（Ｓ２３、Ｓ２４）を実行した場合の蓄電素子４１のセル電圧の波形および充電電流の波形である。図１０では、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈが第２閾値以下となる図１０のＶ３で、コンバータ１１の充電電圧Ｙは、引き下げ後の充電電圧から、初期値Ｙｏ（通電充電電圧）に戻る。この結果、コンバータ１１は、通常の状態に復帰する。これにより、充電時間を増加させずに蓄電装置２０を充電することができる。

図１１は、充電中の蓄電素子４１のセル電圧の波形および充電電流の波形である。均等化処理において各蓄電素子４１間の電圧差が解消された場合、充電電圧Ｙの引き下げ後、各蓄電ブロック３０における蓄電素子４１間の電圧差が所定値以下になる場合がある。そこで、メイン制御部２３は、充電電圧復帰処理のＳ２２において、蓄電素子４１間の電圧差を検出する。

蓄電素子４１間の電圧差は、例えば、最高セル電圧Ｖｈと、最低セル電圧Ｖｍｉｎの電圧差である。最高セル電圧Ｖｈは、蓄電ブロック３０のうち、セル電圧が最も高い蓄電素子４１のセル電圧である。最低セル電圧Ｖｍｉｎは、蓄電ブロック３０のうち、セル電圧が最も低い蓄電素子４１のセル電圧である。

メイン制御部２３は、各蓄電ブロック３０について、検出した電圧差がメイン制御部２３に記憶された基準電位差（図１１のＶｓ）以下の場合、コンバータ１１に復帰信号を出力してもよい。これにより、コンバータ１１の充電電圧Ｙを初期値Ｙｏに引き戻すことができる。

＜実施例＞
実施例について図１２および図１３を参照して説明する。
本実施例は、実施形態１のＵＰＳ１０における複数の蓄電ブロック３０のうちの一の蓄電ブロック３０における蓄電素子４１の平均セル電圧Ｖａと、最高セル電圧と、コンバータ１１の充電電圧Ｙの推移を示したグラフである。図１２および図１３において、左縦軸は蓄電素子４１のセル電圧［Ｖ］、右縦軸はコンバータ１１の充電電圧［Ｖ］または充電電流［Ａ］を表したものであり、横軸は時間［Ｈ］を表している。

満充電状態において、蓄電素子４１の電圧は、例えば３．５［Ｖ］から３．７［Ｖ］程度である。満充電状態において、蓄電素子４１の平均セル電圧は、３．５［Ｖ］である。

図１２および図１３では、まず、定電流充電制御によって３０分程度の充電が行われ、蓄電装置２０の総電圧が７０［Ｖ］に至ったところで、定電圧充電制御に切り換えられる。
図１２の例では、定電圧充電時の充電電圧Ｙは７０[Ｖ]である。７０[Ｖ]での充電中、蓄電素子４１の平均セル電圧（一点鎖線Ｖａ）は、３．５［Ｖ］付近で維持されている。

各蓄電素子４１間のセル電圧（充電状態）のばらつきが大きいため、蓄電素子４１の最高セル電圧（破線Ｖｈ）は上昇して第１閾値に至る。

蓄電素子４１の最高セル電圧（破線Ｖｈ）が第１閾値に至ると、メイン制御部２３は、サブ制御部３４を通じてセル電圧が第１閾値以上の蓄電素子（最高セル電圧Ｖｈの蓄電素子）４１を放電回路３１によって放電させる。これと同時に、メイン制御部２３からコンバータ１１に第１引下信号が出力される。第１引下信号の出力により、コンバータ１１は、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏの７０[Ｖ]から６８[Ｖ]に引き下げる（図１２および図１３のＶｃ）。

充電電圧を下げることで、平均セル電圧Ｖａが約３．４［Ｖ］に低下し、最高セル電圧Ｖｈが３．４５［Ｖ］付近まで低下する。これにより、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈが第１閾値以上になることが抑制される。

蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈは、その後、均等化処理によって、徐々に電圧が低下する。

図１２および図１３を参照して説明したように、実施形態１のＵＰＳ１０は、いずれかの蓄電素子４１におけるセル電圧が、第１高変化領域Ｓ１に含まれる第１閾値以上になった場合に、充電電圧Ｙを引き下げて、蓄電装置２０を定電圧充電制御を継続する。これにより、各蓄電素子４１に不具合が生じることを抑制しつつ、充電を継続させることができる。また、第１閾値および充電電圧引き下げ後の充電電圧は、第１高変化領域Ｓ１に含まれるから、蓄電装置２０の総電圧が大きく低下することを抑制しつつ、蓄電装置２０の充電時間が増加することを回避できる。

（実施形態２）
次に、実施形態２について図１４および図１５を参照して説明する。
実施形態２の電圧管理処理は、実施形態１の電圧管理処理におけるＳ１６の処理後を変更したものである。実施形態２において、実施形態１と共通する構成、作用、および効果については重複するため、その説明を省略する。また、実施形態１と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。

実施形態２の電圧管理処理は、図１４のフローチャートに示すように、Ｓ１６においてコンバータ１１による充電電圧Ｙの引き下げを行った後、メイン制御部２３がＣＭＵ３２のサブ制御部３４を通じて各蓄電素子４１のセル電圧を検出する（Ｓ１７）。そして、第１閾値と各蓄電素子４１のセル電圧とを比較する（Ｓ１８）。

比較の結果、全ての蓄電素子４１におけるセル電圧が第１閾値未満の場合（Ｓ１８：ＮＯ）、電圧管理処理を終了する。これに対し、いずれかの蓄電素子４１のセル電圧が再び第１閾値以上となった場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、メイン制御部２３は、サブ制御部３４を通じて、セル電圧が第１閾値以上の蓄電素子４１を放電させる（Ｓ１９）。これと同時に、メイン制御部２３は、コンバータ１１に対して充電電圧Ｙをさらに引き下げるための第２引下信号を出力する（Ｓ２０）。コンバータ１１は、第２引下信号を受信して、充電電圧Ｙをさらに引き下げる（Ｓ２１）。メイン制御部２３が、コンバータ１１に出力する第２引下信号が段階引下通知に相当する。

本実施形態２の電圧管理処理では、図１５に示すように、メイン制御部２３がコンバータ１１の充電電圧Ｙを下げることで（図１５のＶｃ１）、蓄電素子４１の最高セル電圧が、一時的には第１閾値以上になることを抑制できる。
その後、いずれかの蓄電素子４１のセル電圧が再び第１閾値以上になった場合には、メイン制御部２３がコンバータ１１に第２引下信号を送り、充電電圧Ｙを２回に亘って段階的に引き下げる（図１５のＶｃ２）。充電電圧Ｙを段階的に下げることで、各蓄電素子４１の電圧が第１閾値や保護電圧に至ることを、さらに抑制できる。

（実施形態３）
図１６は、実施形態３のＵＰＳ１００の回路図である。ＵＰＳ１００は、コンバータ１１と、インバータ１２と、給電路１５と、蓄電装置１２０とを備える。蓄電装置１２０は、分岐線１６を介して給電線１５に接続されている。ＵＰＳ１００は、ＵＰＳ１０と同様に、常時インバータ給電方式のＵＰＳである。ＵＰＳ１００は蓄電システムの一例である。

蓄電装置１２０は、図１６に示すように、複数の蓄電ブロック３０と、複数の蓄電ブロック３０を管理する電池管理装置（以下、「ＢＭＵ」という）１２１と、スイッチ２２と、を備える。ＢＭＵ１２１は、メイン制御部１２３と警告ランプ１２４を有している。メイン制御部１２３は制御部の一例である。各蓄電ブロック３０は、直列に接続された複数の蓄電素子４１と、蓄電素子４１ごとに放電回路３１を備える。蓄電装置１２０は、実施形態１の蓄電装置２０に対して、異常検出機能を追加している。電池管理装置１２１は管理装置の一例である。

図１７、１８は、コンバータ１１の充電電圧Ｙの波形、蓄電装置２０のうちセル電圧が最も高い蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈの波形である。図１７に示すように、定電圧充電開始後、コンバータ１１は、初期値Ｙｏで、蓄電装置２０を充電する。時刻ｔ１で、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈが第１閾値Ｘ１に到達すると、メイン制御部２３はコンバータ１１に１回目の引下通知を送る。コンバータ１１は、１回目の引下通知を受けると、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏから引き下げる（Ｓ１２）。また、最高セル電圧Ｖｈが第１閾値Ｘ１に達する時刻ｔ１で、メイン制御部１２３は、最高セル電圧Ｖｈの蓄電素子４１を、放電回路３１により放電する（Ｓ１３）。充電電圧Ｙの引き下げと放電により、時刻ｔ１以降、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈは、低下する。

メイン制御部１２３は、最高セル電圧Ｖｈが第２閾値Ｘ２に達する時刻ｔ２で、コンバータ１１に復帰信号を出力する（Ｓ２３）。復帰信号の出力により、時刻ｔ２で、充電電圧Ｙは初期値Ｙｏに戻される。放電回路３１が正常に作動している場合、時刻ｔ１以降、最高セル電圧Ｖｈの蓄電素子４１は放電し、他の蓄電素子４１との電圧差ΔＶは、時間と共に小さくなる。そのため、図１７に示すように、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏに戻した時刻ｔ２以降、蓄電装置２０の各蓄電素子４１のセル電圧は、いずれも、第１閾値Ｘ１と第２閾値Ｘ２の間に収まる。

図１８は、放電回路３１が正常に動作していない場合の、コンバータ１１の充電電圧Ｙの波形、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈの波形である。図１８に示すように、時刻ｔ１で充電電圧Ｙを初期値Ｙｏから引き下げると、その後、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈは、一時的に下がる。放電回路３１が正常に動作していない場合、蓄電素子４１のセル電圧のばらつきは、解消されない。そのため、時刻ｔ２で充電電圧Ｙを初期値Ｙｏに戻すと、セル電圧が最も高い蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈは、上昇し続け、第１閾値Ｘ１に達する場合がある（時刻ｔ３）。時刻ｔ３で最高セル電圧Ｖｈは第１閾値Ｘ１に達すると、メイン制御部２３はコンバータ１１に２回目の引下通知を送る。コンバータ１１は、２回目の引下通知を受けると、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏから再び引き下げる。以上のことから、放電回路３１が正常に動作していない場合、コンバータ１１は、図１８に示すように、充電電圧Ｙの上げ下げ（充電電圧の調整）を繰り返す。

メイン制御部１２３は、コンバータ１１に対する第１引下信号と復帰信号の出力状況（頻度など）から、充電器であるコンバータ１１が充電電圧Ｙの調整を、繰り返しているか判断する。メイン制御部１２３は、コンバータ１１が充電電圧Ｙの調整を、所定回数又は所定時間以上繰り返す場合、警告ランプ１２４を表示するなど、異常を報知する処理を実行する。異常の報知により、ユーザに異常を知らせることが出来る。

引き下げた充電電圧Ｙを初期値Ｙｏに戻す条件は、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈを第２閾値Ｘ２と比較する方法以外に、各蓄電ブロック３０で、蓄電素子４１間の電圧差ΔＶを所定値と比較する方法がある。電圧差ΔＶは、一例として、蓄電ブロック３０における、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈと、蓄電素子４１の最低セル電圧Ｖｍｉｎの電圧差である。放電回路３１が正常に動作していない場合、図１９に示すように、時刻ｔ１にて、コンバータ１１が充電電圧Ｙを初期値Ｙｏから引き下げても、最高セル電圧Ｖｈと最低セル電圧Ｖｍｉｎ間の電圧差ΔＶは解消されない。そのため、最高セル電圧Ｖｈと最低セル電圧Ｖｍｉｎ間の電圧差ΔＶが所定値よりも高い状態が続き、充電電圧Ｙを引き下げた状態が継続する。

メイン制御部１２３は、充電電圧Ｙを引き下げた状態が、所定時間以上継続する場合、異常を報知する処理を実行する。図１９の例では、時刻ｔ１にて、メイン制御部１２３からコンバータ１１に第１引下信号が送信され、コンバータ１１は、充電電圧Ｙを引き下げている。メイン制御部１２３は、充電中において、時刻ｔ１からコンバータ１１が充電電圧Ｙを引き下げた状態が継続している時間Ｔｙを計測する。メイン制御部１２３は、充電電圧Ｙを引き下げた状態が継続している時間Ｔｙが所定時間以上の場合、警告ランプ１２４を表示するなど、異常を報知する処理を実行する。異常の報知により、ユーザに異常を知らせることが出来る。

（実施形態４）
図２０は、ＵＰＳ２００の回路図である。実施形態４のＵＰＳ２００は、交流スイッチ２１０と、双方向コンバータ２３０と、蓄電装置２２０と、を備える。双方向コンバータ２３０は、「電力変換器」の一例である。双方向コンバータ２３０は、「充電器」の一例である。ＵＰＳ２００は蓄電システムの一例である。

交流スイッチ２１０は、交流電源８０と負荷７０とを接続する給電線１５に設けられている。交流スイッチ２１０は無くてもよい。交流電源８０は主電源の一例である。

蓄電装置２２０は、分岐線１６を介して給電線１５に接続されている。蓄電装置２２０は、複数の蓄電ブロック３０と、複数の蓄電ブロック３０を管理する電池管理装置（以下、「ＢＭＵ」という）２２１と、スイッチ２２と、を備える。電池管理装置２２１は、メイン制御部２２３を備える。電池管理装置２２１は管理装置の一例、メイン制御部２２３は制御部の一例である。

双方向コンバータ２３０は、分岐線１６に設けられている。双方向コンバータ２３０は、交流電源８０又は負荷７０に対して並列である。

ＵＰＳ２００は、パラレルプロセッシング式のＵＰＳである。パラレルプロセッシング式のＵＰＳは、交流電源８０の出力を、電力変換せず、負荷７０に供給する。

双方向コンバータ２３０は、交流電源８０の出力時、交流電源８０が供給する電力の一部を交流から直流に変換して蓄電装置２２０に充電電流を出力する。双方向コンバータ２３０は、実施形態１のコンバータ１１と同様に、各蓄電素子４１の電圧を用いて、最高セル電圧の蓄電素子の電圧が一定になるように細かく充電を制御せず、蓄電装置２２０の総電圧で蓄電装置２０を充電制御する。

双方向コンバータ２３０は、交流電源８０の出力が停止した場合、蓄電装置２０から供給される電力を直流から交流に変換して負荷７０に出力する。

ＢＭＵ２２１のメイン制御部２２３は、充電中、ＣＭＵ３２の出力に基づいて、蓄電ブロック３０の各蓄電素子４１のセル電圧を監視する。ＢＭＵ２２１のメイン制御部２２３は、充電中に、蓄電装置２２０のいずれかの蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値を超えた場合、双方向コンバータ２３０に引下信号を出力し、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏから引き下げる。充電電圧の引き下げにより、双方向コンバータ２３０を停止しなくても、通常使用可能領域内（図５参照）で、蓄電装置２２０の各蓄電素子４１を充電できる。

充電制御のため、双方向コンバータ２３０を停止すると、再起動に時間が必要となり、双方向コンバータ２３０に出力の遅れが生じる場合がある。双方向コンバータ２３０に出力の遅れがあると、交流電源８０の出力停止に伴って、交流電源８０から蓄電装置２０への給電に切り換える時に、電力供給が断たれる瞬断が発生する場合がある。実施形態４のＵＰＳ２００は、双方向コンバータ２３０を停止しなくても、蓄電装置２０への充電を制御できるから、瞬断が起きることを抑制できる。

（他の実施形態）
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。

（１）上記実施形態１〜４では、蓄電システムは、ＵＰＳ１０、１００、２００である。蓄電システムは、無人搬送車や鉄道などの車両、大規模発電設備など他の用途に使用される蓄電システムでもよい。蓄電装置２０、１２０、２２０は、ＵＰＳ用の蓄電装置に限らず、無人搬送車や鉄道などの車両、大規模発電設備など他の用途に使用される蓄電システム用の蓄電装置でもよい。蓄電装置２０、１２０、２２０は、複数の蓄電ブロックを直列に接続した。蓄電装置２０、１２０、２２０は、１つの蓄電ブロックだけでもよい。

（２）上記実施形態１〜４では、蓄電素子４１はリン酸鉄系のリチウムイオンセルである。蓄電素子は、正極活物質にＣｏ，Ｍｎ，Ｎｉの元素を含有したリチウム含有金属酸化物、負極にハードカーボンを用いた蓄電素子でもよい。また、蓄電素子はキャパシタでもよい。

（３）上記実施形態１では、メイン制御部２３は、蓄電装置２０の、いずれかの蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値以上になった場合に、セル電圧が第１閾値以上の蓄電素子４１を放電回路３１によって放電させた。メイン制御部２３は、蓄電装置２０のいずれかの蓄電素子４１のセル電圧が第３閾値以上になった場合に、セル電圧が第３閾値以上の蓄電素子４１を放電回路３１によって放電させてもよい。第３閾値は、第１閾値と同じ値でもいいし、第１閾値と異なる値でもよい。第３閾値は、第１閾値より小さい値でもいいし、大きい値でもよい。
メイン制御部２３は、第３閾値を用いずに、蓄電素子４１の電圧差に基づいて、蓄電素子４１を放電してもよい。メイン制御部２３は、各蓄電ブロック３０について、蓄電素子４１の最高セル電圧Ｖｈと最低セル電圧Ｖｍｉｎの電圧差が第４閾値以上である場合に、各蓄電ブロック３０について、電圧差が第４閾値未満になるように、蓄電素子４１を放電回路３１によって放電してもよい。

（４）上記実施形態１では、メイン制御部２３は、蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値以上になった場合、セル電圧が第１閾値以上の蓄電素子４１を放電回路３１によって放電させた。蓄電素子４１から負荷に放電するなど、放電回路３１以外の他の手段で、蓄電素子４１を放電してもよい。

（５）上記実施形態２では、充電電圧Ｙを初期値Ｙｏから引き下げた後、蓄電素子４１のセル電圧が再び第１閾値以上になった場合、コンバータ１１に第２引下信号を送り、充電電圧Ｙをさらに引き下げた。充電電圧Ｙを２段階で引き下げても、蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値以上になる場合、メイン制御部２３は、コンバータ１１に２回目の段階引下通知を送り、コンバータ１１の充電電圧Ｙを３段階で引き下げてもよい。充電電圧Ｙを引き下げてもセル電圧が第１閾値以上になる場合、メイン制御部２３は、セル電圧が第１閾値未満になるまで、コンバータ１１に複数回に亘って段階引下通知を送り、充電電圧Ｙを多段階（３段階以上）で低下させてもよい。

（６）上記実施形態１では、各蓄電ブロック３０について、最高セル電圧Ｖｈと最低セル電圧Ｖｍｉｎの電圧差が基準電位差（図１１のＶｓ）以下の場合、コンバータ１１に復帰信号を出力して、コンバータ１１の充電電圧Ｙを初期値Ｙｏに戻した。各蓄電ブロック３０について、最高セル電圧Ｖｈと平均セル電圧Ｖａの電圧差が基準電位差以下の場合、コンバータ１１に復帰信号を出力して、コンバータ１１の充電電圧Ｙを初期値Ｙｏに戻してもよい。

（７）上記実施形態１〜３では、コンバータ１１で蓄電装置２０、１２０の充電制御を行った。充電制御は、コンバータ以外の装置で行ってもよい。コンバータと蓄電装置との間に、充電電圧を切り換える充電制御装置（充電器）を設けてもよい。蓄電装置の電池管理装置から充電制御装置に第１引下信号を出力して、充電制御装置で充電電圧を引き下げもよい。また、蓄電装置２０は、総電圧で充電制御していれば、フロート充電でなくてもよい。

（８）図２１はＵＰＳ３００の回路図である。ＵＰＳ３００は、実施形態１のＵＰＳ１０に対して、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータ３１０を追加している。ＵＰＳ３００は蓄電システムの一例である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０は、分岐線１６に配置されている。交流電源８０が出力中の場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０は、給電線１５の給電電圧を電圧変換して蓄電装置２０を充電する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０は、交流電源８０が出力を停止した場合、蓄電装置２０の出力電圧を給電線１５の給電電圧に戻して出力する。

ＢＭＵ２１のメイン制御部２３は、充電中、ＣＭＵ３２の出力に基づいて、蓄電ブロック３０の各蓄電素子４１のセル電圧を監視する。ＢＭＵ２１のメイン制御部２３は、充電中に、いずれかの蓄電素子４１のセル電圧が第１閾値を超えた場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０に第１引下信号を出力して、充電電圧Ｙを引き下げる。充電電圧Ｙの引き下げにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０を停止しなくても、通常使用可能領域内で、蓄電装置２０の蓄電素子４１を充電できる。ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０は「電力変換器」の一例である。

（９）充電方法は、直列に接続された複数の蓄電素子の充電中に、いずれかの蓄電素子の電圧が第１閾値以上になった場合、前記蓄電素子の管理装置から充電器に引下通知を行うステップと、充電器にて充電電圧を下げるステップを有する。

１０、１００、２００、３００：無停電電源装置（「蓄電システム」の一例）
１１：コンバータ（「充電器」の一例）
１２：インバータ
２１、１２１、２２１：ＢＭＵ（「管理装置」の一例）
２３、１２３、２２３：メイン制御部（「制御部」の一例）
２０、１２０、２２０：蓄電装置
３０：蓄電ブロック
３１：放電回路
３４：サブ制御部
４１：蓄電素子
２３０：双方向コンバータ（「電力変換器」の一例）
３１０：ＤＣ−ＤＣコンバータ（「電力変換器」の一例）
Ｆ：低変化領域
Ｓ１：第１高変化領域（「高充電状態の高変化領域」の一例）
Ｓ２：第２高変化領域

Claims (16)

1. 直列に接続された複数の蓄電素子の充電中に、いずれかの前記蓄電素子の電圧が第１閾値以上になった場合に、充電器に充電電圧を下げる引下通知をする制御部を備える、管理装置。
2. 前記充電器は、複数の前記蓄電素子の総電圧によって充電を制御する請求項１に記載の管理装置。
3. 前記制御部は、前記充電電圧の引き下げ後、いずれかの前記蓄電素子の電圧が前記第１閾値以上の場合、前記充電器に対して前記充電電圧を更に低下させる段階引下通知をする請求項１または請求項２に記載の管理装置。
4. 前記制御部は、前記段階引下通知を複数回に亘って行い、前記充電電圧を多段階で低下させる、請求項３に記載の管理装置。
5. 前記蓄電素子は、
   充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に低い低変化領域と、
   前記低変化領域の充電状態よりも高充電状態であって、前記低変化領域よりも充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に高い、高充電状態の高変化領域と、を有しており、
   前記第１閾値は、前記高充電状態の前記高変化領域に含まれる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の管理装置。
6. 前記制御部は、全ての前記蓄電素子の電圧が第２閾値以下である場合、前記充電器に前記充電電圧を初期値に戻す復帰通知をする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の管理装置。
7. 前記制御部は、前記充電器が前記充電電圧の調整を、所定回数又は所定時間以上繰り返す場合、異常を報知する処理を行う、請求項６に記載の管理装置。
8. 前記制御部は、複数の前記蓄電素子間の電圧差が所定値以下である場合、前記充電器の前記充電電圧を初期値に戻す復帰通知をする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の管理装置。
9. 前記制御部は、前記充電電圧を引き下げた状態が所定時間以上継続する場合、異常を報知する処理を行なう、請求項８に記載の管理装置。
10. 前記蓄電素子を個別に放電させる放電回路を有しており、
    前記制御部は、電圧が第３閾値以上になった前記蓄電素子のみを前記放電回路によって放電させる請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の管理装置。
11. １又は直列に接続された複数の蓄電ブロックと、
    請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の管理装置と、を備え
    前記蓄電ブロックは、直列に接続された複数の前記蓄電素子を有する、蓄電装置。
12. 充電器と、
    請求項１１に記載の蓄電装置と、
    前記充電器と前記蓄電装置とを接続する充電経路を備えた蓄電システム。
13. 前記充電器は、前記蓄電装置の総電圧によって充電を制御する、請求項１２に記載の蓄電システム。
14. 前記充電器は、前記引下通知に応答して、前記充電電圧を初期値から引き下げ、
    引き下げ後の充電電圧は、前記蓄電素子１つあたりの電圧に換算して前記高充電状態の前記高変化領域に含まれる、請求項１２又は請求項１３に記載の蓄電システム。
15. 前記充電経路上に、前記蓄電装置に対する充電を制御する充電制御回路を有していない、請求項１２〜請求項１４のいずれか一項に記載の蓄電システム。
16. 主電源から負荷に電力を給電する給電線に対して分岐線を介して接続された前記蓄電装置と、
    前記分岐線に設けられた電力変換器と、を備え、
    前記電力変換器は、
    主電源から供給される電力の一部を変換して前記蓄電装置に対する充電電流の出力と、
    前記蓄電装置から供給される電力を変換して前記負荷に対する放電電流の出力と、を行う双方向の電力変換器であり、
    前記制御部は、前記蓄電装置のいずれかの前記蓄電素子の電圧が前記第１閾値以上になった場合に、前記電力変換器に前記充電電圧を下げる前記引下通知をする、請求項１２〜請求項１４のいずれか一項に記載の蓄電システム。

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