WO2017043109A1 - 蓄電池装置及び蓄電池システム - Google Patents

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storage battery
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diode
cell
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門田　行生
井出　誠
小林　武則
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株式会社東芝
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a storage battery device and a storage battery system.
  • reverse charging means that when a secondary battery is discharged by an external device or the like in a state where there are variations in the state of charge of secondary batteries connected in series, the secondary battery with a small charge state and a low voltage will stop discharging. It means an overdischarged state below the voltage, and a state where the discharge current is pushed from the negative electrode side from the other secondary battery even when the polarity is reversed.
  • a configuration has been proposed in which a diode is connected in parallel with the secondary battery to bypass the current during reverse charging (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above, and even if the secondary battery is discharged due to an external short circuit or the like in a state where the charging state of the secondary battery connected in series varies, It aims at providing the storage battery apparatus and storage battery system which can suppress reverse charge.
  • the storage battery device of the embodiment is a storage battery device in which battery cells are connected in series. And the bypass circuit provided with the diode connected in the reverse direction with respect to the corresponding battery cell, and the current limiting element connected in series with the diode is connected in parallel to each of the battery cells.
  • FIG. 1 is an outline lineblock diagram of a natural energy power generation system provided with the storage battery system of an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration block diagram of the storage battery system of the embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of detailed configurations of the cell module, the CMU, and the BMU.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a specific circuit example of the cell module according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a state example during operation of the cell module.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram (part 1) of a problem of the conventional example when an external short circuit occurs.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram (part 2) of a problem of the conventional example when an external short circuit occurs.
  • FIG. 8 is an operation explanatory diagram of the first embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of the second embodiment.
  • Drawing 1 is an outline lineblock diagram of a natural energy power generation system provided with the storage battery system of an embodiment.
  • the natural energy power generation system 100 functions as an electric power system, uses natural energy (renewable energy) such as sunlight, hydropower, wind power, biomass, geothermal heat, and the like, and a natural energy power generation unit 1 that can output as system power,
  • the power meter 2 that measures the power generated by the energy power generation unit 1, the surplus power of the natural energy power generation unit 1 is charged based on the measurement results of the wind power and the power meter 2, the insufficient power is discharged, and the natural energy power generation unit 1
  • a storage battery system 3 that superimposes and outputs the generated power; a transformer 4 that performs voltage conversion of the output power of the natural energy power generation unit 1 (including the case where the output power of the storage battery system 3 is superimposed); and the storage battery system 3
  • Battery controller 5 that performs local control of the battery and remote control of the battery controller 5 A host controller 6 for, and a.
  • FIG. 2 is a schematic configuration block diagram of the storage battery system of the embodiment.
  • the storage battery system 3 can be broadly divided into a storage battery device 11 that stores electric power, and a power conversion device (PCS: Power) that converts DC power supplied from the storage battery device 11 into AC power having a desired power quality and supplies it to a load. Conditioning System) 12.
  • PCS Power
  • Conditioning System 12.
  • the storage battery device 11 roughly comprises a plurality of battery boards 21-1 to 21-N (N is a natural number) and a battery terminal board 22 to which the battery boards 21-1 to 21-N are connected.
  • the battery boards 21-1 to 21-N include a plurality of battery units 23-1 to 23-M (M is a natural number) connected in parallel to each other, a gateway device 24, and a BMU (Battery Management Unit: battery management described later).
  • Device and a DC power supply device 25 for supplying a DC power supply for operation to a CMU (Cell Monitoring Unit).
  • the battery units 23-1 to 23-M are connected to an output power supply via a high potential power supply line (high potential power supply line) LH and a low potential power supply line (low potential power supply line) LL, respectively.
  • Lines (output power supply lines; bus lines) LHO and LLO are connected to supply power to the power converter 12 that is the main circuit.
  • the battery unit 23-1 is roughly divided into a plurality (24 in FIG. 1) of cell modules 31-1 to 31-24, and a plurality of (see FIG. 1) provided in each of the cell modules 31-1 to 31-24. 24) CMU 32-1 to 32-24, a service disconnect 33 provided between the cell module 31-12 and the cell module 31-13, a current sensor 34, and a contactor 35.
  • the cell modules 31-1 to 31-24, the service disconnect 33, the current sensor 34, and the contactor 35 are connected in series.
  • the cell modules 31-1 to 31-24 form a battery pack by connecting a plurality of battery cells in series and parallel.
  • a plurality of cell modules 31-1 to 31-24 connected in series constitute an assembled battery group.
  • the battery unit 23-1 includes a BMU 36, and the communication lines of the CMUs 32-1 to 32-24 and the output line of the current sensor 34 are connected to the BMU 36.
  • the BMU 36 controls the entire battery unit 23-1 under the control of the gateway device 24, and determines the communication results (voltage data and temperature data described later) and the detection results of the current sensor 34 with the CMUs 32-1 to 32-24. Based on this, the contactor 35 is controlled to open and close.
  • the battery terminal board 22 includes a plurality of panel breakers 41-1 to 41-N provided corresponding to the battery boards 21-1 to 21-N and a master configured as a microcomputer that controls the entire storage battery device 11. (Master) device 42.
  • the master device 42 is configured as a control power line 51 and Ethernet (registered trademark) supplied via the UPS (Uninterruptible Power System) 12A of the power conversion device 12 between the power conversion device 12 and the control data. Are connected to a control communication line 52 that exchanges data.
  • UPS Uninterruptible Power System
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of detailed configurations of the cell module, the CMU, and the BMU.
  • Each of the cell modules 31-1 to 31-24 includes a plurality (101 in FIG. 3) of battery cells 61-1 to 61-101 connected in series.
  • the CMUs 32-1 to 32-24 are voltage temperature measurement ICs (AFE-IC: Analog Front) for measuring the voltage of the battery cells constituting the corresponding cell modules 31-1 to 31-24 and the temperature at a predetermined location.
  • CAN Controller Area Network
  • each of the cell modules 31-1 to 31-24 and the corresponding CMUs 32-1 to 32-24 will be referred to as battery modules 37-1 to 37-24.
  • a configuration in which the cell module 31-1 and the corresponding CMU 32-1 are combined is referred to as a battery module 37-1.
  • the BMU 36 is transmitted from the MPU 71 that controls the entire BMU 36, the communication controller 72 conforming to the CAN standard for performing CAN communication between the CMUs 32-1 to 32-24, and the CMUs 32-1 to 32-24. And a memory 73 for storing voltage data and temperature data.
  • the storage battery controller 5 detects the generated power of the natural energy power generation unit 1 and suppresses output fluctuations of the generated power using the storage battery device 11 in order to reduce the influence of the generated power on the power system.
  • the fluctuation suppression amount for the storage battery device 11 is calculated by the storage battery controller 5 or its upper control device 6 and is given as a charge / discharge command to a PCS (Power Conditioning System) 12 corresponding to the storage battery device 11.
  • PCS Power Conditioning System
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a specific circuit example of the cell module of the first embodiment. Since the cell modules 31-1 to 31-24 have the same configuration, the cell module 31-1 will be described as an example in FIG.
  • the cell module 31-1 includes battery cells 61-1 to 61-101 connected in series.
  • the battery cells 61-1 to 61-101 include a diode 81 that bypasses the reverse charging current.
  • a bypass circuit 83 having a resistor 82 for limiting the amount of reverse charging current connected in series to the diode 81 is connected in parallel.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a state example during operation of the cell module.
  • FIG. 5 shows that the charging states of the battery cells 61-1 to 61-101 constituting the cell module 31-1 vary.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram (part 1) of a problem of the conventional example when an external short circuit occurs.
  • an external short circuit occurs at the external short circuit point 90 with the battery cells 61-1 to 61-101 being in a varied state of charge
  • a short circuit current SC flows and the battery cell 61-1 flows.
  • Discharge starts from ⁇ 61-101.
  • no bypass circuit 83 is provided in each of the battery cells 61-1 to 61-101.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram (part 2) of a problem of the conventional example when an external short circuit occurs.
  • a bypass circuit 83 in which a diode 81 and a resistor 82 are connected in series is connected in parallel with each of the battery cells 61-1 to 61-101, so that the battery cells 61-1 to 61-101 are connected. The reverse voltage generated in the circuit is suppressed.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the principle of suppressing reverse voltage generation.
  • an equivalent circuit of the battery cell 61-1 when a reverse voltage is generated in the battery cell 61-1 can be expressed (simulated) by an electromotive force (voltage source) 91 and a resistor 92.
  • bypass circuit 83 in which a diode 81 and a resistor 82 are connected in series in parallel with the battery cell 61-1, when a reverse voltage is generated in the battery cell 61-1, the bypass circuit 83 is configured. A part of the short-circuit current SC can flow through the resistor 82 via the diode 81, and the short-circuit current SC flowing through the battery cell 61-1 can be reduced.
  • the short-circuit current SC flowing through the diode 81 immediately after the battery cell 61-1 enters the reverse charge state can be limited by the resistor 82, The destruction of the diode 81 due to overcurrent can be avoided more reliably.
  • the short-circuit current SC flows I [A].
  • a voltage of R B ⁇ I [V] is generated in the battery cell 61-1.
  • the combined resistance can be manipulated in the range of 0 ⁇ (R B ⁇ R 0) / (R B + R 0) ⁇ R 0. Therefore, reverse voltage allowable battery cell 61-1, i.e., if the determined permissible reverse voltage E R, E R > (R B ⁇ R0) / (R B + R0) ⁇ I You can control the reverse voltage below the allowable reverse voltage E R of the secondary battery by the. Solving for this resistance value R0, R0 ⁇ E R ⁇ R B / (I ⁇ R B ⁇ E R ) It becomes.
  • the resistance value the resistance value of the battery cell voltage is zero as R B of the resistor 92
  • the current value I of the short circuit current SC may select the current value of the range to the battery does not reach the reverse charge breakdown.
  • the battery cell 61 is provided by providing the bypass circuit 83 in which the diode 81 and the resistor 82 are connected in series in parallel with each of the battery cells 61-1 to 61-101. It is possible to avoid problems that may occur due to reverse charging of -1 to 61-101, and to protect the diode 81 from overcurrent.
  • the second embodiment is an embodiment in which a reactor element is provided in order to bypass the reverse charging current in place of the resistance element in the first embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of the second embodiment. As shown in FIG. 9, for each of the battery cells 61-1 to 61-101, a bypass circuit 86 in which a reactor 85 as a reactor element is connected in series to a diode 81 is provided in parallel.
  • the current is limited so as to suppress a steep change in current. Therefore, for example, as described above, the short-circuit current SC flowing through the diode 81 is limited immediately after the battery cell 61-1 is reversely charged. Therefore, destruction of the diode 81 due to overcurrent can be avoided.
  • the diode provided in parallel with the battery cell can be protected from overcurrent, and the protection against reverse charging can be continued for a longer time.
  • each storage battery device can be more reliably protected, so that the operation cost including maintenance of the storage battery system can be reduced.
  • the storage battery system can be operated for a long time.

Abstract

　実施施形態の蓄電池装置は、電池セルが直列に接続された蓄電池装置であり、対応する電池セルに対し逆方向接続したダイオードと、ダイオードと直列に接続した電流制限用素子と、を備えたバイパス回路を、電池セルのそれぞれに対し並列接続しているので、蓄電池装置及び蓄電池システムにおいて、直列接続した二次電池の充電状態にバラツキがある状態で外部短絡等により二次電池が放電されてしまう場合であっても、過度な逆充電を抑制できる。

Description

蓄電池装置及び蓄電池システム
　本発明の実施形態は、蓄電池装置及び蓄電池システムに関する。
　二次電池を用いた定置用蓄電池システムや車載用蓄電池システムは、大容量化や高出力化を求めて今後ますます蓄積エネルギー量が大きくなると予想される。このため、二次電池セルの性能向上もさることながら、蓄電池システム内の二次電池セルを多直列や多並列に接続して、大量の二次電池セルを搭載した蓄電池システムも提案されている。
　ところで、多直列電池における好ましくない現象の一つとして、逆充電が挙げられる。
　ここで、逆充電とは、直列接続した二次電池の充電状態にバラツキがある状態で外部装置等により二次電池の放電を行うと、充電状態が小さくかつ電圧の低い二次電池は放電終止電圧を下回って過放電状態となり、さらには転極してもなお他の二次電池から放電電流が負極側から押し込まれる状態となることをいう。
　そこで二次電池の放電時の逆充電を防止するため、二次電池と並列にダイオードを接続し、逆充電時の電流をバイパスする構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１２－２３８２２号公報
　しかしながら、上記構成では、二次電池が逆充電状態になった直後に放電電流が全てダイオードを流れてしまうこととなる。
　したがって、放電電流が二次電池の外部短絡から生じる場合等には、ダイオードを介して短絡電流が流れることになり、過電流からダイオードが破壊してしまう虞があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直列接続した二次電池の充電状態にバラツキがある状態で外部短絡等により二次電池が放電されてしまう場合であっても、過度な逆充電を抑制することが可能な蓄電池装置及び蓄電池システムを提供することを目的としている。
　実施形態の蓄電池装置は、電池セルが直列に接続された蓄電池装置である。
　そして、対応する電池セルに対し逆方向接続したダイオードと、ダイオードと直列に接続した電流制限用素子と、を備えたバイパス回路を、電池セルのそれぞれに対し並列接続している。
図１は、実施形態の蓄電池システムを備えた自然エネルギー発電システムの概要構成図である。 図２は、実施形態の蓄電池システムの概要構成ブロック図である。 図３は、セルモジュール、ＣＭＵ及びＢＭＵの詳細構成説明図である。 図４は、第１実施形態のセルモジュールの具体的な回路例の説明図である。 図５は、セルモジュールの運用時の状態例の説明図である。 図６は、外部短絡が発生した場合の従来例の問題点の説明図（その１）である。 図７は、外部短絡が発生した場合の従来例の問題点の説明図（その２）である。 図８は、第１実施形態の動作説明図である。 図９は、第２実施形態の説明図である。
　次に図面を参照して実施形態について説明する。
　図１は、実施形態の蓄電池システムを備えた自然エネルギー発電システムの概要構成図である。
　自然エネルギー発電システム１００は、電力システムとして機能し、太陽光、水力、風力、バイオマス、地熱等の自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用し、系統電力として出力可能な自然エネルギー発電ユニット１と、自然エネルギー発電ユニット１の発電電力を測定する電力計２と、風力、電力計２の測定結果に基づいて自然エネルギー発電ユニット１の余剰電力を充電し、不足電力を放電して自然エネルギー発電ユニット１の発電電力に重畳して出力する蓄電池システム３と、自然エネルギー発電ユニット１の出力電力（蓄電池システム３の出力電力が重畳されている場合も含む）の電圧変換を行う変圧器４と、蓄電池システム３のローカルな制御を行う蓄電池制御コントローラ５と、蓄電池制御コントローラ５のリモート制御を行う上位制御装置６と、を備えている。
　図２は、実施形態の蓄電池システムの概要構成ブロック図である。
　蓄電池システム３は、大別すると、電力を蓄える蓄電池装置１１と、蓄電池装置１１から供給された直流電力を所望の電力品質を有する交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置（ＰＣＳ：Power　Conditioning　System）１２と、を備えている。
　蓄電池装置１１は、大別すると、複数の電池盤２１－１～２１－Ｎ（Ｎは自然数）と、電池盤２１－１～２１－Ｎが接続された電池端子盤２２と、を備えている。
　電池盤２１－１～２１－Ｎは、互いに並列に接続された複数の電池ユニット２３－１～２３－Ｍ（Ｍは自然数）と、ゲートウェイ装置２４と、後述のＢＭＵ（Battery　Management　Unit：電池管理装置）及びＣＭＵ（Cell　Monitoring　Unit：セル監視装置）に動作用の直流電源を供給する直流電源装置２５と、を備えている。
　ここで、電池ユニットの構成について説明する。
　電池ユニット２３－１～２３－Ｍは、それぞれ、高電位側電源供給ライン（高電位側電源供給線）ＬＨ及び低電位側電源供給ライン（低電位側電源供給線）ＬＬを介して、出力電源ライン（出力電源線；母線）ＬＨＯ、ＬＬＯに接続され、主回路である電力変換装置１２に電力を供給している。
　電池ユニット２３－１～２３－Ｍは、同一構成であるので、電池ユニット２３－１を例として説明する。
　電池ユニット２３－１は、大別すると、複数（図１では、２４個）のセルモジュール３１－１～３１－２４と、セルモジュール３１－１～３１－２４にそれぞれ設けられた複数（図１では、２４個）のＣＭＵ３２－１～３２－２４と、セルモジュール３１－１２とセルモジュール３１－１３との間に設けられたサービスディスコネクト３３と、電流センサ３４と、コンタクタ３５と、を備え、複数のセルモジュール３１－１～３１－２４、サービスディスコネクト３３、電流センサ３４及びコンタクタ３５は、直列に接続されている。
　ここで、セルモジュール３１－１～３１－２４は、電池セルを複数、直並列に接続されて組電池を構成している。そして、複数の直列接続されたセルモジュール３１－１～３１－２４で組電池群を構成している。
　さらに電池ユニット２３－１は、ＢＭＵ３６を備え、各ＣＭＵ３２－１～３２－２４の通信ライン、電流センサ３４の出力ラインは、ＢＭＵ３６に接続されている。
　ＢＭＵ３６は、ゲートウェイ装置２４の制御下で、電池ユニット２３－１全体を制御し、各ＣＭＵ３２－１～３２－２４との通信結果（後述する電圧データ及び温度データ）及び電流センサ３４の検出結果に基づいてコンタクタ３５の開閉制御を行う。
　次に電池端子盤の構成について説明する。
　電池端子盤２２は、電池盤２１－１～２１－Ｎに対応させて設けられた複数の盤遮断器４１－１～４１－Ｎと、蓄電池装置１１全体を制御するマイクロコンピュータとして構成されたマスタ（Master）装置４２と、を備えている。
　マスタ装置４２には、電力変換装置１２との間に、電力変換装置１２のＵＰＳ（Uninterruptible　Power　System）１２Ａを介して供給される制御電源線５１と、イーサネット（登録商標）として構成され、制御データのやりとりを行う制御通信線５２と、が接続されている。
　ここで、セルモジュール３１－１～３１－２４、ＣＭＵ３２－１～３２－２４およびＢＭＵ３６の詳細構成について説明する。
　図３は、セルモジュール、ＣＭＵ及びＢＭＵの詳細構成説明図である。
　セルモジュール３１－１～３１－２４は、それぞれ、直列接続された複数（図３では、１０１個）の電池セル６１－１～６１－１０１を備えている。
　ＣＭＵ３２－１～３２－２４は、対応するセルモジュール３１－１～３１－２４を構成している電池セルの電圧及び所定箇所の温度を測定するための電圧温度計測ＩＣ（AFE-IC：Analog　Front　End　IC）６２と、それぞれが対応するＣＭＵ３２－１～３２－２４全体の制御を行うＭＰＵ６３と、ＢＭＵ３６との間でＣＡＮ通信を行うためのＣＡＮ（Controller　Area　Network）規格に則った通信コントローラ６４と、セル毎の電圧に相当する電圧データ及び温度データを格納するメモリ６５と、を備えている。
　以下の説明において、セルモジュール３１－１～３１－２４のそれぞれと、対応するＣＭＵ３２－１～３２－２４と、を合わせた構成については、電池モジュール３７－１～３７－２４と呼ぶものとする。例えば、セルモジュール３１－１と対応するＣＭＵ３２－１を合わせた構成を電池モジュール３７－１と呼ぶものとする。
　また、ＢＭＵ３６は、ＢＭＵ３６全体を制御するＭＰＵ７１と、ＣＭＵ３２－１～３２－２４との間でＣＡＮ通信を行うためのＣＡＮ規格に則った通信コントローラ７２と、ＣＭＵ３２－１～３２－２４から送信された電圧データ及び温度データを格納するメモリ７３と、を備えている。
　蓄電池制御コントローラ５は、自然エネルギー発電ユニット１の発電電力を検出し、この発電電力が電力系統へ及ぼす影響を緩和するために、蓄電池装置１１を用いて発電電力の出力変動抑制を行なっている。ここで、蓄電池装置１１に対する変動抑制量は当該蓄電池制御コントローラ５あるいはその上位制御装置６で算出し、蓄電池装置１１に対応するＰＣＳ（Power　Conditioning　System）１２に充放電指令として与えられる。
［１］第１実施形態
　図４は、第１実施形態のセルモジュールの具体的な回路例の説明図である。
　セルモジュール３１－１～３１－２４は、同一構成であるので、図４においては、セルモジュール３１－１を例として説明する。
　セルモジュール３１－１は、図４に示すように、直列接続された電池セル６１－１～６１－１０１を備え、電池セル６１－１～６１－１０１には、逆充電電流をバイパスするダイオード８１及びダイオード８１に直列接続された逆充電電流の電流量を制限する抵抗８２を備えたバイパス回路８３がそれぞれ並列に接続されている。
　図５は、セルモジュールの運用時の状態例の説明図である。
　図５においては、セルモジュール３１－１を構成している電池セル６１－１～６１－１０１の充電状態にバラツキがあることを示している。
　より具体的には、電池セル６１－１～６１－１０１において、外部短絡が生じて電池セル６１－１～６１－１０１が放電した場合、内部短絡が生じ、内部短絡を生じた電池セル６１－１～６１－１０１が放電した場合、あるいは、電池セル６１－１～６１－１０１に不具合が生じて電池セル６１－１～６１－１０１のうち、いくつかを交換したが充電状態が交換していない他の電池セルと同じ状態ではない場合等が考えられる。
　ここでは、説明及び理解の容易のため、電池セル６１－１が充電状態（ＳＯＣ）＝５０％に低下しており、他の電池セル６１－２～６１－１０１が充電状態（ＳＯＣ）＝１００％の場合に、外部短絡が発生した場合を想定して説明する。
　まず、従来例の問題点について説明する。
　図６は、外部短絡が発生した場合の従来例の問題点の説明図（その１）である。
　図６に示す従来例のように、電池セル６１－１～６１－１０１の充電状態にバラツキがある状態で外部短絡点９０において外部短絡が発生すると、短絡電流ＳＣが流れて電池セル６１－１～６１－１０１から放電が始まる。
　このとき、図６に示す従来例においては、電池セル６１－１～６１－１０１のそれぞれにバイパス回路８３が設けられていない。
　したがって、充電状態（ＳＯＣ）＝１００％の電池セル６１－２～６１－１０１が、外部短絡によりエネルギーを放出し、充電状態（ＳＯＣ）＝５０％分に相当する電力を放電した段階で、充電状態（ＳＯＣ）＝５０％の電池セル６１－１は、充電状態（ＳＯＣ）＝０％となる。
　ところで、放電は外部短絡点９０との電位差が無くなる（ゼロになる）まで継続する。
　図７は、外部短絡が発生した場合の従来例の問題点の説明図（その２）である。
　図７に示す状態は、図６に示す状態から、さらにエネルギーをＳＯＣ＝３０％に相当する電力を放電した段階を示したもので、図６において、充電状態（ＳＯＣ）＝５０％の電池セル６１－２～６１－１０１は、充電状態（ＳＯＣ）＝２０％となり、充電状態（ＳＯＣ）＝０％の電池セル６１－１は、充電状態（ＳＯＣ）＝－３０％となる。
　図８は、実施形態の動作説明図である。
　その後、さらに放電が進み、電池セル６１－２～６１－１０１が充電状態（ＳＯＣ）＝０％となり、ことのときの電池セル６１－２～６１－１０１の電圧がｙ（Ｖ）となって、短絡電流ＳＣが停止したとすると、充電状態（ＳＯＣ）＝－ｘ％（ｘ＞０）の電池セル６１－１には、充電状態（ＳＯＣ）＝０％の電池セル６１－２～６１－１０１の電圧ｙ（Ｖ）を電池セルの個数倍にした電圧が印加される。
　すなわち、上述の例の場合、充電状態が－ｘ％の電池セル６１－１に対し、充電状態が０％の電池セル６１－２～６１－１０１が１００個直列に接続されていることとなり、充電状態が－５０％の電池セル６１－１にはｙ×１００（Ｖ）、例えば、ｙ＝１（Ｖ）の場合、－１００Ｖの逆電圧が印加されることとなって好ましくない。
　そこで、本第１実施形態においては、ダイオード８１と抵抗８２を直列に接続したバイパス回路８３を電池セル６１－１～６１－１０１とそれぞれ並列に接続して、電池セル６１－１～６１－１０１に生じる逆電圧を抑制するようにしている。
　ここで、逆電圧の発生を抑制する原理について説明する。
　図８は、逆電圧発生の抑制原理の説明図である。
　ところで、電池セル６１－１に逆電圧が生じているときの電池セル６１－１の等価回路は、起電力（電圧源）９１及び抵抗９２により表す（シミュレートする）ことができる。
　そして、電池セル６１－１と並列に、ダイオード８１及び抵抗８２を直列に接続したバイパス回路８３を接続することで、電池セル６１－１に逆電圧が生じると、バイパス回路８３を構成しているダイオード８１を介して抵抗８２に短絡電流ＳＣの一部を流すことができ、電池セル６１－１を流れる短絡電流ＳＣを軽減できるのである。
　なお、抵抗８２を接続せずにダイオード８１のみを接続した場合と比較しても、電池セル６１－１が逆充電状態となった直後にダイオード８１を流れる短絡電流ＳＣを抵抗８２により制限でき、過電流によるダイオード８１の破壊をより確実に回避できる。
　具体的には、電池セル６１－１の等価回路における抵抗９２の抵抗値をＲＢ［Ω］とし、抵抗８２の抵抗値をＲ０［Ω］すると、短絡電流ＳＣがＩ［Ａ］流れているときには、電池セル６１－１にはＲＢ×Ｉ［Ｖ］の電圧が生じる。
　この電池セル６１－１と並列にダイオード８１と抵抗８２が接続されていると、合成抵抗は（ＲＢ×Ｒ０）／（ＲＢ＋Ｒ０）となる。このときに電池セル６１－１に流れる電流をＩ［Ａ］とすると、電池セル６１－１に生じる電圧Ｖは、
　　Ｖ＝（ＲＢ×Ｒ０）／（ＲＢ＋Ｒ０）×Ｉ
となる。
　ここで、抵抗８２の抵抗値Ｒ０＝∞だとすると、抵抗８２がつながっていない場合と同様なので、合成抵抗の抵抗値＝ＲＢとなる。
　また、抵抗値Ｒ０＝０［Ω］であるとすると、抵抗９２が短絡している場合と同様なので、合成抵抗の抵抗値＝０（零）となる。
　したがって、抵抗値Ｒ０を変化させることで、０≦（ＲＢ×Ｒ０）／（ＲＢ＋Ｒ０）≦Ｒ０の範囲で合成抵抗が操作できる。このことから、電池セル６１－１が許容できる逆電圧、すなわち、許容逆電圧ＥＲが決まっている場合、
　　ＥＲ＞（ＲＢ×Ｒ０）／（ＲＢ＋Ｒ０）×Ｉ
とすることで二次電池の逆電圧を許容逆電圧ＥＲ以下にコントロールできる。
　この抵抗値Ｒ０について解くと、
　　Ｒ０＜ＥＲ×ＲＢ／（Ｉ×ＲＢ－ＥＲ）
となる。ここで、抵抗９２の抵抗値ＲＢとしては電池セル電圧が零での抵抗値、短絡電流ＳＣの電流値Ｉとしては電池が逆充電破壊に至らない範囲の電流値を選択すればよい。
　例えば、ＥＲ＝３Ｖ、ＲＢ＝１Ω、Ｉ＝１０Ａとすると、
　　Ｒ０＜３×１／（１０×１－３）
　　　　＝３／７
　　　　＝０．４３［Ω］
になるので、抵抗９２の抵抗値ＲＢは０．４３Ω以下にすれば逆電圧を３Ｖ以下に抑制することができる。
　以上の説明のように、本第１実施形態によれば、各電池セル６１－１～６１－１０１と並列に、ダイオード８１及び抵抗８２を直列接続したバイパス回路８３を設けることにより、電池セル６１－１～６１－１０１に逆充電がなされることによる生じる虞がある不具合を回避でき、かつ、ダイオード８１を過電流から保護することができる。
［２］第２実施形態
　本第２実施形態は、第１実施形態における抵抗素子に変えて、逆充電電流をバイパスするためにリアクトル素子を設けた実施形態である。
　図９は、第２実施形態の説明図である。
　図９に示すように、電池セル６１－１～６１－１０１のそれぞれに対し、ダイオード８１にリアクトル素子としてのリアクトル８５を直列に接続したバイパス回路８６が並列に設けられている。
　このリアクトル８５によれば、電流の急峻な変化を抑制するように電流制限がなされる。このため、例えば、上述したように、電池セル６１－１が逆充電となった直後にダイオード８１を流れる短絡電流ＳＣを制限する。よって過電流によるダイオード８１の破壊を回避できる。
　これにより、電池セル（二次電池）に対する逆充電を抑制し、過度な逆充電に伴う不具合を回避できる。さらに電池セルに並列に設けたダイオードを過電流から保護して、逆充電に対する保護をより長く継続することができる。
　以上の説明のように、各実施形態が適用された蓄電池装置を複数備えた蓄電池システムによれば、各蓄電池装置の保護をより確実に図れるため、蓄電池システムのメンテナンスなどを含む運用コストの低減を図ることができるとともに、蓄電池システムの長期運用が可能となる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　例えば、以上の説明においては、電池セル６１－１～６１－１０１がそれぞれ単独で直列に接続されていたが、電池セル６１－１～６１－１０１に代えて電池セルが並列接続された電池セルブロックを直列接続するように構成することも可能である。

Claims (5)

  1. 　電池セルが直列に接続された蓄電池装置であって、
    　対応する前記電池セルに対し逆方向接続したダイオードと、前記ダイオードと直列に接続した電流制限用素子と、を備えたバイパス回路を、前記電池セルのそれぞれに対し並列接続した、
    　蓄電池装置。
  2. 　前記電流制限用素子として、抵抗素子を設けた、
    　請求項１記載の蓄電池装置。
  3. 　前記電池セルに逆電圧が生じているときの等価回路を電圧源及びこの電圧源に直列に接続された抵抗として表し、前記抵抗の抵抗値をＲＢ［Ω］とし、前記抵抗素子の抵抗値をＲ０［Ω］とし、前記電池セルを流れる逆充電電流をＩ［Ａ］とし、前記電池セルの許容逆電圧をＥＲとした場合に、次式を満たすように、前記抵抗素子の抵抗値Ｒ０が設定されている請求項２記載の蓄電池装置。
    　　ＥＲ＞（ＲＢ×Ｒ０）／（ＲＢ＋Ｒ０）×Ｉ
  4. 　前記電流制限用素子として、リアクトル素子を設けた、
    　請求項１記載の蓄電池装置。
  5. 　電池セルが直列に接続され、対応する前記電池セルに対し逆方向接続したダイオードと、前記ダイオードと直列に接続した電流制限用素子と、を備えたバイパス回路を、前記電池セルのそれぞれに対し並列接続した複数の蓄電池装置を備え、
    　複数の前記蓄電池装置を並列に接続した蓄電池システム。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111381176A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 奥特润株式会社 用于控制燃料电池的电池电压的测量的装置及方法
TWI788254B (zh) * 2022-04-13 2022-12-21 西勝國際股份有限公司 串聯電池組的供電系統

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11332115A (ja) * 1998-05-14 1999-11-30 Nissan Motor Co Ltd 組電池の制御装置
JP2002165358A (ja) * 2000-11-20 2002-06-07 Sanyo Electric Co Ltd 電池の保護部品と保護部品を有するパック電池
JP2013116006A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Toyota Industries Corp 電池均等化装置および方法
JP2013255320A (ja) * 2012-06-06 2013-12-19 Toyota Industries Corp 電池均等化装置および方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11332115A (ja) * 1998-05-14 1999-11-30 Nissan Motor Co Ltd 組電池の制御装置
JP2002165358A (ja) * 2000-11-20 2002-06-07 Sanyo Electric Co Ltd 電池の保護部品と保護部品を有するパック電池
JP2013116006A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Toyota Industries Corp 電池均等化装置および方法
JP2013255320A (ja) * 2012-06-06 2013-12-19 Toyota Industries Corp 電池均等化装置および方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111381176A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 奥特润株式会社 用于控制燃料电池的电池电压的测量的装置及方法
TWI788254B (zh) * 2022-04-13 2022-12-21 西勝國際股份有限公司 串聯電池組的供電系統

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