WO2013128834A1

WO2013128834A1 - 蓄電装置、蓄電制御装置、及び蓄電池の制御方法

Info

Publication number: WO2013128834A1
Application number: PCT/JP2013/000868
Authority: WO
Inventors: 吉田　信秀; 高橋　真吾; 宣幸板橋; 園駱
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2013-09-06

Abstract

　複数の蓄電池（１０）は、互いに直列に接続されている。電流調整部（２０）は、少なくとも一つの蓄電池（１０）に対応して設けられている。電流調整部（２０）は、蓄電池（１０）に並列に設けられており、この蓄電池（１０）をパスして流れる電流量を制御する。内部抵抗測定部（３０）は、電流調整部（２０）が設けられている蓄電池（１０）の内部抵抗を測定する。制御部（４０）は、内部抵抗測定部（３０）の測定結果に基づいて、電流調整部（２０）を制御する。

Description

蓄電装置、蓄電制御装置、及び蓄電池の制御方法

　本発明は、複数の蓄電池を直列に並べた蓄電装置、蓄電制御装置、及び蓄電池の制御方法に関する。

　エネルギーを有効利用することを目的として、蓄電池を利用する機械が増えている。蓄電池は、原理上一定の電圧しか得られないため、所望の電圧を得るために、複数直列に接続された状態で使用されることが多い。

　一方、蓄電池は使用時間が長くなるにつれて劣化する。この劣化の大きさは、蓄電池の個体によってばらつく。このため、複数直列に接続された蓄電池は、使用時間が長くなるにつれて充放電特性がばらつく。

　これに対して特許文献１には、内部のインピーダンスが高い蓄電池については、放電方向が順方向となるようにダイオードを並列に接続することが記載されている。

　一方、特許文献２には、以下の技術が記載されている。まず、各蓄電池の電圧を測定する。また、各蓄電池の容量劣化度を演算する。次いで、蓄電池の開放電圧及び容量劣化度に基づいて、各畜電池の残存電池容量を算出する。次いで、これら残存電池容量に基づいて、各蓄電池の残存電池容量を調節する。

　なお、特許文献３には、蓄電池の電圧及び電流を測定し、この測定結果から蓄電池の内部抵抗を測定することが記載されている。さらに特許文献３には、蓄電池の電圧、電流、及び内部抵抗から、その蓄電池の開放電圧を推定することが記載されている。

特開平８－０３３２１５号公報特開２０１１－７２１５７号公報特開２００４－２８８６１号公報

　複数直列に接続された蓄電池の劣化度合いが互いに異なった場合、劣化度合いが少ない蓄電池の電力を使い切ることができない。特許文献２に記載の技術では、各蓄電池の残存電池容量を調節するため、この問題を解決できるケースもある。しかし、蓄電池の残存電池容量の調節には蓄電池の充電が伴う。このため、蓄電池を連続して使用する場合、蓄電池の電池容量を調節する機会が得られないため、劣化度合いが少ない蓄電池の電力を使い切ることができない。

　本発明の目的は、蓄電池を連続して使用する場合であっても、劣化度合いが少ない蓄電池の電力を使い切ることができる蓄電装置、蓄電制御装置、及び蓄電池の制御方法を提供することにある。

　本発明によれば、互いに直列に接続された複数の蓄電池と、
　前記蓄電池の少なくとも一つに対応して設けられ、当該蓄電池に並列に設けられ、当該蓄電池をパスして流れる電流量を制御する電流調整手段と、
　前記電流調整手段が設けられた前記蓄電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段と、
　前記内部抵抗測定手段の測定結果に基づいて、前記電流調整手段を制御する制御手段と、
を備える蓄電装置が提供される。

　本発明によれば、互いに直列に接続された複数の蓄電池の少なくとも一つに対応して設けられ、当該蓄電池に並列に設けられ、当該蓄電池をパスして流れる電流量を制御する電流調整手段と、
　前記電流調整手段が設けられた前記蓄電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段と、
　前記内部抵抗測定手段の測定結果に基づいて、前記電流調整手段を制御する制御手段と、
を備える蓄電制御装置が提供される。

　本発明によれば、互いに直列に接続された複数の蓄電池の少なくとも一つに、当該蓄電池をパスして流れる電流量を制御する電流調整手段を、当該蓄電池に対して並列に設け、
　前記電流調整手段が設けられた前記蓄電池の内部抵抗に基づいて、前記電流調整手段を制御する蓄電池の制御方法が提供される。

　本発明によれば、蓄電池を連続して使用する場合であっても、劣化度合いが少ない蓄電池の電力を使い切ることができる。

　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

第１の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。図１に示した蓄電装置の機能を説明するための図である。図１に示した蓄電装置の機能を説明するための図である。制御部が行う制御の一例を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。（ａ）及び（ｂ）は、電流調整部の具体的な構成を示す図である。内部抵抗測定部の構成の一例を示す図である。（１）式の妥当性を説明するための図である。（１）式の妥当性を説明するための図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。この蓄電装置は、複数の蓄電池１０、電流調整部２０、内部抵抗測定部３０、及び制御部４０を備えている。複数の蓄電池１０は、互いに直列に接続されている。電流調整部２０は、少なくとも一つの蓄電池１０に対応して設けられている。電流調整部２０は、蓄電池１０に並列に設けられており、この蓄電池１０をパスして流れる電流量を制御する。内部抵抗測定部３０は、電流調整部２０が設けられている蓄電池１０の内部抵抗を測定する。制御部４０は、内部抵抗測定部３０の測定結果に基づいて、電流調整部２０を制御する。

　図２及び図３は、図１に示した蓄電装置の機能を説明するための図である。いずれの図も、蓄電池１０の、放電した電流量の総量に対する放電電圧の依存性を示している。蓄電池１０は、劣化すると内部抵抗が高くなる。このため、劣化している蓄電池１０（図２，３では点線で示す）は、劣化していない蓄電池１０（図２，３では実線で示す）に対し、少ない放電電流量で放電電圧が低下してしまう。このため、複数の蓄電池１０を直列に接続した場合、劣化している蓄電池１０が放電終止電圧に達した時点で、蓄電装置からの電力供給が終了してしまう。この場合、劣化していない蓄電池１０には、残留電力（使用できない電力）が発生してしまう。

　これに対して本実施形態では、制御部４０は、蓄電池１０が劣化すると、電流調整部２０を制御し、その蓄電池１０をパスして流れる電流量を増やす。このため、制御部４０は、図３に示すように、劣化した蓄電池１０と、劣化していない蓄電池１０とが、同じタイミングで放電終止電圧に達するように制御することができる。

　なお、図１に示した放電装置は、電流調整部２０、内部抵抗測定部３０、及び制御部４０を有していない放電装置に、電流調整部２０、内部抵抗測定部３０、及び制御部４０を追加することにより、構成することもできる。

　図４は、制御部４０が行う制御の一例を示すフローチャートである。制御部４０は、内部抵抗測定部３０から、定期的に蓄電池１０の内部抵抗の測定値を受信している（ステップＳ１０）。そして制御部４０は、内部抵抗が基準値以上になった場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、電流調整部２０に動作を開始させる。

　具体的には、制御部４０は、蓄電池１０の内部抵抗に基づいて、電流調整部２０を流れるべき電流量、すなわち蓄電池１０をパスすべき電流量を決定する（ステップＳ３０）。次いで制御部４０は、電流調整部２０に、ステップＳ３０で決定した電流量を流させる（ステップＳ４０）。その後、制御部４０は、内部抵抗測定部３０から内部抵抗の測定値を定期的に受信し（ステップＳ５０）、ステップＳ３０及びステップＳ４０に示した処理を繰り返し行う。

　以上、本実施形態によれば、制御部４０は、蓄電池１０が劣化した場合、電流調整部２０を制御して、その蓄電池１０を流れる電流量を、他の蓄電池１０を流れる電流量よりも少なくする。このため、劣化した蓄電池１０は、劣化していない蓄電池１０と同じタイミングで放電終止電圧に達することができる。また、上記した制御には、蓄電池１０の充電が伴わない。従って、蓄電池を連続して使用する場合であっても、劣化度合いが少ない蓄電池の電力を使い切ることができる。

　また、劣化した蓄電池１０を流れる電流量を少なくしているため、劣化した蓄電池１０からの発熱を抑制することができる。従って、劣化した蓄電池１０がさらに劣化することを抑制できる。

（第２の実施形態）
　図５は、第２の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。本実施形態に係る蓄電装置は、全ての蓄電池１０に電流調整部２０が設けられている点を除いて、第１の実施形態に係る蓄電装置と同様の構成である。そして全ての電流調整部２０は、制御部４０によって制御されている。

　図６の各図は、電流調整部２０の具体的な構成を示す図である。図６（ａ）に示す例では、電流調整部２０はトランジスタ２２で構成されている。本図に示す例において、トランジスタ２２は、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタである。ただしトランジスタ２２は、他の形式のトランジスタ、例えばバイポーラトランジスタであっても良い。トランジスタ２２のゲート電圧（バイポーラトランジスタの場合はベース電圧）は、制御部４０によって制御されている。すなわち制御部４０は、トランジスタ２２のゲート電圧を制御することにより、蓄電池１０をパスする電流量を制御している。具体的には、制御部４０は、蓄電池１０の内部抵抗が高くなると、トランジスタ２２のゲート電圧を高くする。これにより、制御部４０は、蓄電池１０の放電速度を制御することができる。また、制御部４０は、蓄電装置の充電時にトランジスタ２２のゲート電圧を制御すると、蓄電池１０の充電速度を制御することができる。

　図６（ｂ）に示す例では、電流調整部２０は、図６（ａ）に示したトランジスタ２２に、可変抵抗２４を直列に接続した構成である。可変抵抗２４の抵抗値は、制御部４０によって制御されている。具体的には、制御部４０は、蓄電池１０の内部抵抗が高くなると、可変抵抗２４の抵抗値を低くする。制御部４０は、トランジスタ２２のゲート電圧及び可変抵抗２４の抵抗値を制御することにより、蓄電池１０の放電速度及び充電速度を制御することができる。

　図７は、内部抵抗測定部３０の構成の一例を示す図である。本図に示す例において、内部抵抗測定部３０は、電圧計３２、電流計３４、電圧検出部３６、及び内部抵抗算出部３８を備えている。

　電圧計３２及び電流計３４は、複数の蓄電池１０それぞれに対して設けられている。電圧計３２は、蓄電池１０に加わる電圧を測定する。電流計３４は、蓄電池１０を流れる電流量を測定する。電圧計３２及び電流計３４は、測定結果を電圧検出部３６に出力する。

　電圧検出部３６は、電流計３４の測定結果に基づいて、蓄電池１０を流れる電流の積算値を算出する。そして電圧検出部３６は、電流の積算値が予め定められた値αになったとき、その時点における電圧検出部３６の測定結果を認識して内部抵抗算出部３８に出力する。電圧検出部３６は、この処理を、放電時及び充電時の双方で行う。なお電圧検出部３６は、蓄電池１０が充電されているか放電しているかを、例えば蓄電池１０を流れる電流の向きを用いて認識する。この電流の向きは、例えば電流計３４によって測定される。ただし電圧検出部３６は、外部入力により、蓄電池１０が充電されているか放電しているかを認識しても良い。

　内部抵抗算出部３８は、電圧検出部３６から出力された充電時の電圧値Ｖ_ｃ、及び放電時の電圧値Ｖ_ｄの差分を算出し、その差分を２αで除することにより、蓄電池１０の内部抵抗Ｒを算出する。すなわちＲは、以下の式で算出される。
　Ｒ＝（Ｖ_ｃ－Ｖ_ｄ）／（２α）・・・（１）

　図８及び図９は、（１）式の妥当性を説明するための図である。図８に示すように、蓄電池１０は、充電時と放電時で、同一の電流が流れるときの電圧が異なる。具体的には、受電時の電圧は、放電時の電圧よりも高い。

　この理由を、図９を用いて説明する。図９（ａ）に示すように、蓄電池１０を充電するとき、充電電圧は、充電に必要な電圧Ｖ_２に、内部抵抗Ｒによる損失分Ｖ_１を加えた値となる。これに対して図９（ｂ）に示すように、蓄電池１０から放電するとき、放電電圧は、電圧Ｖ_２から、内部抵抗Ｒによる損失分Ｖ_１を差し引いた値になる。このため、内部抵抗Ｒに起因した電圧Ｖ_１は、（Ｖ_ｃ－Ｖ_ｄ）／２となる。このため、内部抵抗Ｒは、上記した（１）式により算出される。

　本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、全ての蓄電池１０に電流調整部２０が設けられているため、いずれの蓄電池１０が劣化しても、第１の実施形態に示した効果を得ることができる。

　また、制御部４０は、蓄電装置の充電時に電流調整部２０を制御することで、蓄電池１０の充電速度を個別に制御することができる。このため、複数の蓄電池１０の相互間で充電完了タイミングを一致させることができる。

　なお、上記した実施形態によれば、以下の発明が開示されている。
（付記１）
　互いに直列に接続された複数の蓄電池と、
　前記蓄電池の少なくとも一つに対応して設けられ、当該蓄電池に並列に設けられ、当該蓄電池をパスして流れる電流量を制御する電流調整手段と、
　前記電流調整手段が設けられた前記蓄電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段と、
　前記内部抵抗測定手段の測定結果に基づいて、前記電流調整手段を制御する制御手段と、
を備える蓄電装置。
（付記２）
　付記１に記載の蓄電装置において、
　全ての前記蓄電池に対して前記電流調整手段が設けられており、
　前記制御手段は、全ての前記電流調整手段を制御する蓄電装置。
（付記３）
　付記１又は２に記載の蓄電装置において、
　前記電流調整手段は、トランジスタを含む蓄電装置。
（付記４）
　付記３に記載の蓄電装置において、
　前記電流調整手段は、さらに前記トランジスタに直列に接続された可変抵抗を含む蓄電装置。
（付記５）
　付記１～４のいずれか一つに記載の蓄電装置において、
　前記内部抵抗測定手段は、前記蓄電池の充電時の電圧及び放電時の電圧の差を用いて前記内部抵抗を算出する蓄電装置。
（付記６）
　互いに直列に接続された複数の蓄電池の少なくとも一つに対応して設けられ、当該蓄電池に並列に設けられ、当該蓄電池をパスして流れる電流量を制御する電流調整手段と、
　前記電流調整手段が設けられた前記蓄電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段と、
　前記内部抵抗測定手段の測定結果に基づいて、前記電流調整手段を制御する制御手段と、
を備える蓄電制御装置。
（付記７）
　付記６に記載の蓄電制御装置において、
　全ての前記蓄電池に対して前記電流調整手段が設けられている蓄電制御装置。
（付記８）
　付記６又は７に記載の蓄電制御装置において、
　前記電流調整手段は、トランジスタを含む蓄電制御装置。
（付記９）
　付記８に記載の蓄電制御装置において、
　前記電流調整手段は、さらに前記トランジスタに直列に接続された可変抵抗を含む蓄電制御装置。
（付記１０）
　付記６～９のいずれか一つに記載の蓄電制御装置において、
　前記内部抵抗測定手段は、前記蓄電池の充電時の電圧及び放電時の電圧の差を用いて前記内部抵抗を算出する蓄電制御装置。
（付記１１）
　互いに直列に接続された複数の蓄電池の少なくとも一つに、当該蓄電池をパスして流れる電流量を制御する電流調整手段を、当該蓄電池に対して並列に設け、
　前記電流調整手段が設けられた前記蓄電池の内部抵抗に基づいて、前記電流調整手段を制御する蓄電池の制御方法。
（付記１２）
　付記１１に記載の蓄電池の制御方法において、
　全ての前記蓄電池に対して前記電流調整手段を設け、前記電流調整手段の制御を行う蓄電池の制御方法。
（付記１３）
　付記１１又は１２に記載の蓄電池の制御方法において、
　前記電流調整手段は、トランジスタを含む蓄電池の制御方法。
（付記１４）
　付記１３に記載の蓄電池の制御方法において、
　前記電流調整手段は、さらに前記トランジスタに直列に接続された可変抵抗を含む蓄電池の制御方法。
（付記１５）
　付記１１～１４のいずれか一つに記載の蓄電池の制御方法おいて、
　前記蓄電池の充電時の電圧及び放電時の電圧の差を用いて前記内部抵抗を算出する蓄電池の制御方法。

　以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

　この出願は、２０１２年２月２８日に出願された日本出願特願２０１２－４１２５０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

　互いに直列に接続された複数の蓄電池と、
　前記蓄電池の少なくとも一つに対応して設けられ、当該蓄電池に並列に設けられ、当該蓄電池をパスして流れる電流量を制御する電流調整手段と、
　前記電流調整手段が設けられた前記蓄電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段と、
　前記内部抵抗測定手段の測定結果に基づいて、前記電流調整手段を制御する制御手段と、
を備える蓄電装置。
　請求項１に記載の蓄電装置において、
　全ての前記蓄電池に対して前記電流調整手段が設けられており、
　前記制御手段は、全ての前記電流調整手段を制御する蓄電装置。
　請求項１又は２に記載の蓄電装置において、
　前記電流調整手段は、トランジスタを含む蓄電装置。
　請求項３に記載の蓄電装置において、
　前記電流調整手段は、さらに前記トランジスタに直列に接続された可変抵抗を含む蓄電装置。
　請求項１～４のいずれか一項に記載の蓄電装置において、
　前記内部抵抗測定手段は、前記蓄電池の充電時の電圧及び放電時の電圧の差を用いて前記内部抵抗を算出する蓄電装置。
　互いに直列に接続された複数の蓄電池の少なくとも一つに対応して設けられ、当該蓄電池に並列に設けられ、当該蓄電池をパスして流れる電流量を制御する電流調整手段と、
　前記電流調整手段が設けられた前記蓄電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段と、
　前記内部抵抗測定手段の測定結果に基づいて、前記電流調整手段を制御する制御手段と、
を備える蓄電制御装置。
　請求項６に記載の蓄電制御装置において、
　全ての前記蓄電池に対して前記電流調整手段が設けられている蓄電制御装置。
　互いに直列に接続された複数の蓄電池の少なくとも一つに、当該蓄電池をパスして流れる電流量を制御する電流調整手段を、当該蓄電池に対して並列に設け、
　前記電流調整手段が設けられた前記蓄電池の内部抵抗に基づいて、前記電流調整手段を制御する蓄電池の制御方法。
　請求項８に記載の蓄電池の制御方法において、
　全ての前記蓄電池に対して前記電流調整手段を設け、前記電流調整手段の制御を行う蓄電池の制御方法。