JP5850164B2

JP5850164B2 - 蓄電装置

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Publication number: JP5850164B2
Application number: JP2014532652A
Authority: JP
Inventors: 秀政吉原
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: CN104541433B; JPWO2014033880A1; CN104541433A; WO2014033880A1

Description

開示の実施形態は、蓄電装置に関する。

近年、大電力を充放電するために、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池を並列接続して構成した蓄電装置が開発されている。かかる蓄電装置としては、例えば、自動車用蓄電装置や、太陽電池、風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電装置がある。

二次電池は、充放電を繰り返すことで劣化し、内部抵抗が上昇したり、満充電時の容量が低下したりする。そこで、それぞれスイッチを介して複数の二次電池を並列接続し、スイッチを制御してこれら複数の二次電池のうち劣化度が低い二次電池を優先的に使用する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４５７２８５０号公報

しかしながら、従来の蓄電装置では、スイッチによって複数の二次電池を並列接続させるため、二次電池間の電圧差が大きいと、スイッチをオンにする際に二次電池間で大きな突入電流が流れることがある。

かかる突入電流は、各二次電池に突入防止用抵抗を直列接続することによって防止することができる。しかし、突入防止用抵抗を配置すると、その設置スペースやコストの点で課題がある。しかも、突入防止用抵抗は、電流により発熱するため、突入電流が流れる期間を除き、突入防止用抵抗を通過しないようにバイパス用コンダクタを用いた場合、バイパス用コンダクタの配置スペースやコストの点の課題が増すことになる。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチを介して複数の二次電池を並列接続した蓄電装置において、スイッチを制御する際に大きな突入電流が流れることを防止できる蓄電装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る蓄電装置は、蓄電部と、電圧検出部と、充放電部と、制御部と、を備える。前記蓄電部は、それぞれスイッチを介して並列接続された複数の蓄電回路を有する。前記電圧検出部は、前記複数の蓄電回路の各電圧を検出する。前記充放電部は、前記蓄電部からの放電電力を負荷へ供給し、電源から供給される電力を前記蓄電部へ充電する。前記制御部は、前記蓄電回路間の電圧差が所定範囲になるように前記スイッチおよび前記蓄電回路を制御して前記蓄電回路を個別に充電または放電させる調整処理を実行する。

実施形態の一態様によれば、スイッチを介して複数の二次電池を並列接続した蓄電装置において、スイッチを制御する際に大きな突入電流が流れることを防止できる蓄電装置を提供することができる。

図１は、実施形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。図２は、図１に示す充放電部および制御部の構成を示す図である。図３は、診断・調整モードの処理の流れを示すフローチャートである。図４は、二次電池の内部抵抗値の算出方法を説明するための図である。図５は、二次電池の電池特性を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する蓄電装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。図１に示すように、実施形態に係る蓄電装置１は、電源２と、負荷３とに接続される。かかる蓄電装置１は、電源２から供給される電力を蓄積し、蓄積した電力を負荷３へ供給する。

ここでは、電源２を直流電源とし、負荷３を直流負荷とした例を説明する。電源２は、例えば、交流電源から出力される交流電圧をコンバータ回路で直流電圧に変換した直流電源であってもよい。負荷３は、例えば、インバータ回路および交流電動機を備え、電源２または蓄電装置１から供給される直流電力をインバータ回路で交流電力に変換して交流電動機へ出力することで交流電動機を動作させる。

蓄電装置１は、蓄電部１０と、充放電部１１と、電圧検出部１２と、電流検出部１３と、制御部１４と、操作部１５と、表示部１６を備える。

蓄電部１０は、蓄電回路である二次電池２１ａ〜２１ｃと、各二次電池２１ａ〜２１ｃに直列接続されたスイッチ２２ａ〜２２ｃとを備え、スイッチ２２ａ〜２２ｃを介して二次電池２１ａ〜２１ｃが並列に接続される。

二次電池２１ａ〜２１ｃは、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケルイオンポリマー電池である。以下においては、二次電池２１ａ〜２１ｃを総称して、二次電池２１とする場合がある。なお、蓄電回路は二次電池２１に限定されるものではなく、例えば、電気二重層コンデンサなどのコンデンサであってもよい。

スイッチ２２ａ〜２２ｃは、例えば、電磁リレーや半導体スイッチである。これらのスイッチ２２ａ〜２２ｃは、オン制御により短絡状態となり、オフ制御により開放状態となる。以下においては、スイッチ２２ａ〜２２ｃを総称して、スイッチ２２とする場合がある。なお、スイッチ２２は、Ｈｉｇｈレベルの信号でオン制御され、Ｌｏｗレベルの信号でオフ制御されるが、Ｌｏｗレベルの信号でオン制御され、Ｈｉｇｈレベルの信号でオフ制御されるスイッチであってもよい。

なお、蓄電部１０の電圧は、電源２の電圧よりも低いものとして説明するが、電圧関係はかかる関係に限定されるものではない。また、図１に示す例では、３つの二次電池２１ａ〜２１ｃを並列接続することによって蓄電部１０が構成されるが、蓄電部１０の構成は、図１に示す構成に限られない。例えば、２つまたは４つ以上の二次電池２１を並列接続した構成の蓄電部１０であってもよく、また、複数の二次電池２１を直列接続した二次電池群を並列接続した構成の蓄電部１０であってもよい。

充放電部１１は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、電源２から供給される電圧を所定電圧値へ降圧して蓄電部１０へ供給し、また、蓄電部１０に蓄積された電圧を所定電圧値へ昇圧して負荷３へ供給する。なお、蓄電部１０の電圧が電源２の電圧よりも高い場合、充放電部１１は、電源２から供給される電圧を所定電圧値へ昇圧して蓄電部１０へ供給し、また、蓄電部１０に蓄積された電圧を所定電圧値へ降圧して負荷３へ供給する。

電圧検出部１２は、蓄電部１０の正極ＴＰと負極ＴＮとの間の電圧の値Ｖｄｃ（以下、検出電圧値Ｖｄｃと記載する）を検出することで、蓄電部１０の電圧値および二次電池２１の電圧値を検出する。なお、各二次電池２１ａ〜２１ｃの正極と負極間に接続され、各二次電池２１ａ〜２１ｃの電圧の値を検出する複数の電圧検出部を電圧検出部１２としてもよい。

電流検出部１３は、蓄電部１０の正極ＴＰと充放電部１１との間に流れる電流の値Ｉｄｃ（以下、検出電流値Ｉｄｃと記載する）を検出することで、蓄電部１０および二次電池２１に流れる電流の値を検出する。電流検出部１３は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する電流センサである。なお、各二次電池２１ａ〜２１ｃに直列に接続され、各二次電池２１ａ〜２１ｃの電流を検出する複数の電流検出部を電流検出部１３としてもよい。

制御部１４は、充放電部１１およびスイッチ２２を制御し、充電モード、放電モード、診断モード、および、調整モードの４つのモードを選択して実行する。

充電モードは、電源２からの供給電力または負荷３が回生動作となった場合の回生電力を蓄電部１０へ供給する動作モードであり、充放電部１１により、電源２の電圧が所定の電圧に降圧されて蓄電部１０へ供給される。制御部１４は、例えば、蓄電部１０の充電量が所定閾値以下に低下した場合や、負荷３が回生動作となった場合に充電モードを実行する。

放電モードは、蓄電部１０に蓄積した電力を負荷３へ供給する動作モードであり、充放電部１１により、蓄電部１０の電圧が所定の電圧に昇圧されて負荷３へ供給される。制御部１４は、例えば、充電モードではない場合に放電モードを実行する。

診断モードは、蓄電部１０に含まれる各二次電池２１の内部抵抗を検出して二次電池２１の劣化を診断する動作モードである。診断モードにおいて、制御部１４は、検出電圧値Ｖｄｃおよび検出電流値Ｉｄｃの情報を充放電部１１から取得し、かかる情報に基づいて各二次電池２１ａ〜２１ｃの内部抵抗値Ｒｉ１〜Ｒｉ３（以下、内部抵抗値Ｒｉと総称する場合がある）を演算する。

調整モードは、二次電池２１ａ〜２１ｃ間の電圧差を所定範囲にする動作モードである。調整モードにおいて、制御部１４は、充放電部１１から取得した検出電圧値Ｖｄｃの情報に基づき、充放電部１１による蓄電部１０の充放電制御を行うことによって、二次電池２１ａ〜２１ｃ間の電圧差を所定範囲にする。かかる調整モードは、所定の条件に基づき、充電モード、放電モードの前に実行される。

本実施形態に係る蓄電装置１は、調整モードを実行することによって、二次電池２１ａ〜２１ｃを個別に充電または放電し、二次電池２１ａ〜２１ｃ間の電圧差が所定範囲となるように調整する。そのため、二次電池２１ａ〜２１ｃ間を接続するスイッチ２２ａ〜２２ｃがオンにされて二次電池２１ａ〜２１ｃ間が電気的に接続された場合であっても、二次電池２１ａ〜２１ｃ間の電位差が少ないため、大きな突入電流が流れない。

したがって、突入防止用抵抗やバイパス用コンダクタの配置スペースやコストの課題を低減または解消することができる。例えば、二次電池２１間の電圧差を所定範囲とすることで、突入電流を低減でき、突入防止用抵抗の抵抗値を抑えることができるため、突入防止用抵抗を小型化できる。また、二次電池２１間の電圧差を零に近づけることで、突入防止用抵抗やバイパス用コンダクタを設けない構成とすることができる。

図２は、充放電部１１および制御部１４の構成を示す図である。まず、充放電部１１の構成を説明する。図２に示すように、充放電部１１は、通信部３１と、入出力部３２と、駆動制御部３４と、変換回路部３５とを備える。

通信部３１は、制御部１４との間で情報の送受信を行う。通信部３１によって制御部１４へ送信される情報は、例えば、検出電圧値Ｖｄｃ、検出電流値Ｉｄｃなどの状態を示す情報である。通信部３１によって制御部１４から受信する情報は、例えば、制御指令や運転指令である。

入出力部３２は、電圧検出部１２によって検出された検出電圧値Ｖｄｃの情報、電流検出部１３によって検出された検出電流値Ｉｄｃの情報、後述する電圧検出器５１によって検出された検出電圧値Ｖｐｎの情報を入力する。また、入出力部３２は、駆動制御部３４から出力されるＰＷＭ指令に基づき、変換回路部３５を駆動するパルス信号Ｓｉｇ４、Ｓｉｇ５を変換回路部３５へ出力する。

駆動制御部３４は、運転指令、制御指令、検出電圧値Ｖｄｃ、検出電流値Ｉｄｃおよび検出電圧値Ｖｐｎに基づき、ＰＷＭ指令を生成する。運転指令としては、例えば、電源２側から蓄電部１０側への電力変換を示す充電指令、蓄電部１０側から負荷３側への電力変換を示す放電指令などといった種別がある。

制御指令には、例えば、電圧値または電流値を指定する情報が含まれており、駆動制御部３４は、制御指令で指定される電圧値または電流値を充放電部１１から出力させるためのＰＷＭ信号を生成し、入出力部３２へ出力する。

例えば、運転指令の種別が充電指令であり、かつ、制御指令において電流値Ｉ１が指定されている場合、駆動制御部３４は、指定された電流値Ｉ１と検出電流値Ｉｄｃに基づきＰＷＭ指令を生成する。例えば、駆動制御部３４は、指定された電流値Ｉ１と検出電流値Ｉｄｃとの偏差が零になるように、この偏差を内部の比例積分器によって比例積分した信号をＰＷＭ指令として入出力部３２へ出力する。

また、例えば、運転指令の種別が放電指令であり、かつ、制御指令において電圧値Ｖ１が指定されている場合、駆動制御部３４は、指定された電圧値Ｖ１と検出電圧値Ｖｐｎとに基づきＰＷＭ指令を生成する。例えば、駆動制御部３４は、指定された電圧値Ｖ１と検出電圧値Ｖｐｎとの偏差が零になるように、この偏差を内部の比例積分器によって比例積分した信号をＰＷＭ指令として入出力部３２へ出力する。

変換回路部３５は、スイッチング素子５２、５３、保護ダイオードＤ１、Ｄ２と、チョークコイルＬ１と、コンデンサＣ１、Ｃ２と、電圧検出器５１とを備え、入出力部３２からのパルス信号Ｓｉｇ４、Ｓｉｇ５に基づき、ＤＣ−ＤＣ変換を行う。スイッチング素子５２、５３は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの自己消弧形の半導体素子である。

充電モードの場合、入出力部３２からのパルス信号Ｓｉｇ４によりスイッチング素子５３がオン、オフ制御され、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ２とにより変換回路部３５はバックコンバータとして機能する。これにより、電源２の電圧が蓄電部１０の充電電圧に降圧されて蓄電部１０の充電が行われる。

一方、放電モードの場合、入出力部３２からのパルス信号Ｓｉｇ４、Ｓｉｇ５により、スイッチング素子５２、５３が交互にオン、オフ制御され、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とにより変換回路部３５はブーストコンバータとして機能する。これにより、蓄電部１０の電圧が電源２の電圧値以上に昇圧され、蓄電部１０から負荷３への放電が行われる。

また、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータとして、図２に示す構成を一例として説明したが、かかる構成に限定されるものではない。変換回路部３５は、例えば、２つの単方向ＤＣ−ＤＣコンバータを互いに逆方向に並列接続する構成であってもよし、絶縁トランスを介して変換回路部３５を２回路直列接続し蓄電部１０に対して自在に昇降圧する回路構成であってもよい。

次に、制御部１４の構成を説明する。制御部１４は、通信部４１と、入出力部４２と、記憶部４３と、指令生成部４４と、内部抵抗演算部４５とを備える。

通信部４１は、充放電部１１の通信部３１との間で情報の送受信を行う。通信部４１によって充放電部１１へ送信される情報は、例えば、制御指令や運転指令である。また通信部４１によって充放電部１１から受信する情報は、例えば、検出電圧値Ｖｄｃ、検出電流値Ｉｄｃなどの情報である。

入出力部４２は、操作部１５からの操作信号を入力し、指令生成部４４へ通知する。操作部１５には、図示しない自動／手動選択スイッチ、診断ボタンなどが配置され、操作部１５は操作されたボタンに応じた操作信号を入出力部４２へ出力する。自動／手動選択スイッチは、自動選択と手動選択とを切り替えるスイッチである。なお、制御部１４は、自動選択時に充電モードか放電モードを自動的に選択し、手動選択時に診断ボタンを押すまでは運転状態を停止し蓄電装置１を待機状態とする。

また、入出力部４２は、指令生成部４４から出力されるスイッチ指令に基づき、スイッチ２２ａ〜２２ｃをオン、オフ制御する制御信号Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３を出力する。

記憶部４３は、各種の設定情報や検出値の情報を記憶する。記憶部４３は、例えば、後述する供給電圧値Ｖａ、充電電流値Ｉａ、充電電流値Ｉｒおよび内部抵抗閾値Ｒｍｉｎなどの設定情報を記憶する。また、記憶部４３は、例えば、充放電部１１から通信部４１経由で取得される検出電圧値Ｖｄｃ、検出電流値Ｉｄｃなどの情報を記憶する。なお、充電電流値Ｉｒは診断モードに用いられる情報であり、充電電流値Ｉａよりも小さい値に設定される。

指令生成部４４は、入出力部４２から取得した操作信号や記憶部４３に記憶された設定情報に基づいて、運転指令、制御指令およびスイッチ指令を生成する。指令生成部４４は、生成した運転指令および制御指令を通信部４１経由で充放電部１１へ出力する。また、指令生成部４４は、生成したスイッチ指令を入出力部４２へ出力する。

具体的には、指令生成部４４は、自動／手動選択スイッチの操作信号が自動選択を示し、かつ、放電モードを選択する場合、種別を放電指令とした運転指令と、記憶部４３に記憶された供給電圧値Ｖａを指定電圧値とする制御指令とを通信部４１経由で充放電部１１へ出力する。

また、指令生成部４４は、自動／手動選択スイッチの操作信号が自動選択を示し、かつ、充電モードを選択する場合、種別を充電指令とした運転指令と、記憶部４３に記憶された充電電流値Ｉａを指定電流値とする制御指令とを通信部４１経由で充放電部１１へ出力する。

また、指令生成部４４は、自動／手動選択スイッチの操作信号が手動選択を示し、診断ボタンの操作信号が診断ボタンの押下を示す場合、入出力部４２に対してスイッチ指令を出力し、充放電部１１に対して運転指令および制御指令を出力し、内部抵抗演算部４５に対して演算指令を出力する。これにより、後述する診断・調整モードが実行される。診断・調整モードは、診断モードと調整モードを連続して行う動作モードである。

内部抵抗演算部４５は、指令生成部４４からの演算指令を取得した場合、通信部４１を介して充放電部１１から取得される検出電圧値Ｖｄｃおよび検出電流値Ｉｄｃに基づいて、各二次電池２１の内部抵抗値Ｒｉを算出する。

図３は、診断・調整モードの処理の流れを示すフローチャートである。かかる処理は、上述したように、例えば、診断ボタンの操作に応じた操作信号を入出力部４２から取得した場合や、予め設定されたメンテナンスタイミングで、制御部１４によって実行される処理である。なお、メンテナンスタイミングは、例えば、毎月の所定日時、放電モードや充電モードの実行回数が所定数になったタイミングなどであり、かかるタイミングの情報は、例えば、記憶部４３に記憶される。

図３に示すように、診断・調整モードにおいて、指令生成部４４は、まず、充放電部１１から通信部４１へ送信される検出電圧値Ｖｄｃの情報を基準電圧値Ｖｒｅｆとして記憶部４３に記憶させる（ステップＳ１０）。

かかる基準電圧値Ｖｒｅｆは、スイッチ２２ａ〜２２ｃがすべてオンとなっている状態で電圧検出部１２によって検出される蓄電部１０の電圧値である。蓄電装置１は、いずれの動作モードも実行していない待機状態においては、スイッチ２２ａ〜２２ｃをすべてオンにし、二次電池２１ａ〜２１ｃを電気的に並列に接続している。

なお、本実施の形態では、待機状態でスイッチ２２ａ〜２２ｃをすべてオンにすることとしているが、待機状態でスイッチ２２ａ〜２２ｃをすべてオフにすることもできる。この状態では二次電池２１間が接続されないため、電池間で電流が流れることを防止でき、消費電力を低減することができる。待機状態でスイッチ２２ａ〜２２ｃをすべてオフする場合、制御部１４は、放電モードや充電モードを開始する際に、スイッチ２２ａ〜２２ｃをすべてオンにする。

次に、指令生成部４４は、入出力部４２に対してスイッチ指令を出力し、スイッチ２２ａ〜２２ｃをすべてオフの状態にする（ステップＳ１１）。これにより、二次電池２１ａ〜２１ｃが互いに電気的に切り離された状態になり、また、蓄電部１０が充放電部１１などから電気的に切り離された状態になる。

次に、指令生成部４４は、内部抵抗値Ｒｉを算出していない二次電池２１に接続されたスイッチ２２を一つ選択し、かかるスイッチ２２をオンにする（ステップＳ１２）。これにより、一つの二次電池２１のみが充放電可能な状態となり、かかる二次電池２１の内部抵抗値Ｒｉを算出することができる。

指令生成部４４は、種別を充電指令とした運転指令と、記憶部４３に記憶された充電電流値Ｉｒを指定電流値とする制御指令とを通信部４１経由で充放電部１１へ出力する。内部抵抗演算部４５は、通信部４１を介して取得される検出電圧値Ｖｄｃおよび検出電流値Ｉｄｃに基づいて、二次電池２１の内部抵抗値Ｒｉを算出する（ステップＳ１３）。

図４は、二次電池２１の内部抵抗値Ｒｉの算出方法を説明するための図である。図４に示すように、指令生成部４４は、所定の充電期間（時刻ｔ０〜ｔ１の期間）だけ充電電流値Ｉｒの電流が蓄電部１０に流れるように、運転指令および制御指令を充放電部１１へ出力する。この間検出電圧値Ｖｄｃは徐々に増加する。指令生成部４４は、内部抵抗演算部４５に対して演算指令を出力し、充電時の検出電圧値Ｖｄｃおよび検出電流値Ｉｄｃと、非充電時の検出電圧値Ｖｄｃに基づいて、二次電池２１の内部抵抗値Ｒｉを内部抵抗演算部４５に演算させる。

内部抵抗演算部４５は、例えば、下記式（１）により内部抵抗値Ｒｉを算出する。なお、下記式（１）において、Ｖｄｃ０は、充電前（例えば、時刻ｔ０）の検出電圧値Ｖｄｃであり、Ｖｄｃ１は、充電停止時（例えば、時刻ｔ２）の検出電圧値Ｖｄｃであり、Ｖｄｃ２は、充電停止直前時（例えば、時刻ｔ１）の検出電圧値Ｖｄｃである。また、Ｉｄｃ１は、充電時の検出電流値Ｉｄｃである。なお、Ｖｄｃ０とＶｄｃ１が略一致するような場合には、Ｖｄｃ１の代わりにＶｄｃ０を用いてもよい。
Ｒｉ＝（Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１）／Ｉｄｃ１・・・（１）

ステップＳ１３の処理が終了すると、指令生成部４４は、ステップＳ１２においてオンにしたスイッチ２２をオフする（ステップＳ１４）。その後、指令生成部４４は、内部抵抗値Ｒｉを算出していない二次電池２１があるか否かを判定する（ステップＳ１５）。内部抵抗値Ｒｉを算出していない二次電池２１があると判定すると（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、指令生成部４４は、処理をステップＳ１２へ移行する。

一方、内部抵抗値Ｒｉを算出していない二次電池２１がないと判定すると（ステップＳ１５；Ｎｏ）、指令生成部４４は、内部抵抗演算部４５によって算出された内部抵抗値Ｒｉに基づいて、劣化した二次電池２１があるか否かを判定する（ステップＳ１６）。内部抵抗演算部４５は、内部抵抗値Ｒｉ１〜Ｒｉ３のいずれかが記憶部４３に記憶された内部抵抗閾値Ｒｍｉｎ以上となった場合、劣化した二次電池２１があると判定する。

劣化した二次電池２１があると判定すると（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、内部抵抗演算部４５は、入出力部４２を介して、二次電池２１の交換を促すメッセージを表示部１６に表示させる（ステップＳ１７）。かかるメッセージには、内部抵抗値Ｒｉが内部抵抗閾値Ｒｍｉｎ以上となった二次電池２１を劣化した二次電池２１として特定する情報が含まれる。このように、制御部１４は、内部抵抗値Ｒｉが内部抵抗閾値Ｒｍｉｎ以上の二次電池２１がある場合には、調整処理を行わない。

メッセージを表示部１６に表示させた後、制御部１４は、劣化した二次電池２１が新たな二次電池２１に交換されたか否かを判定する（ステップＳ１８）。蓄電部１０には、例えば、二次電池２１を着脱自在に蓄電部１０に接続する図示しない電池フォルダが配置されており、かかる電池フォルダに二次電池２１の装着検出部が配置される。制御部１４は、二次電池２１の電池フォルダへの装着により装着検出部から出力される装着検出信号に基づき、新たな二次電池２１に交換されたと判定する。着脱か装着かは、例えば、検出電圧値Ｖｄｃがゼロか非ゼロかで判断される。

劣化した二次電池２１が新たな二次電池２１に交換されたと判定すると（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、制御部１４は処理をステップＳ１９へ移行する。また、ステップＳ１６において、劣化した二次電池２１がないと判定した場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）も同様に、制御部１４は処理をステップＳ１９へ移行する。

ステップＳ１９において、指令生成部４４は、電圧調整を行っていない二次電池２１に接続されたスイッチ２２を一つ選択し、かかるスイッチ２２をオンにする。これにより、一つの二次電池２１のみが充放電可能な状態となり、各二次電池２１を個別に電圧調整することができる。

次に、指令生成部４４は、調整対象としてステップＳ１９で選択された二次電池２１（以下、調整対象の二次電池２１と記載する）の電圧調整を行う（ステップＳ２０）。具体的には、指令生成部４４は、電圧検出部１２によって検出される検出電圧値Ｖｄｃを通信部４１経由で取得する。かかる検出電圧値Ｖｄｃは、調整対象の二次電池２１の電圧値であり、以下、検出電圧値Ｖｄｃｅと記載する。

指令生成部４４は、検出電圧値Ｖｄｃｅが基準電圧値Ｖｒｅｆに対して、所定範囲、すなわち、所定電圧差Ｖｅ内であるか否かを判定する。さらに、検出電圧値ＶｄｃｅがＶｒｅｆ±Ｖｅの範囲内ではない場合、指令生成部４４は、検出電圧値Ｖｄｃｅが基準電圧値Ｖｒｅｆよりも大きいか小さいかを判定する。

検出電圧値ＶｄｃｅがＶｒｅｆ±Ｖｅの範囲外で、基準電圧値Ｖｒｅｆよりも小さい場合、指令生成部４４は、種別を充電指令とした運転指令と、記憶部４３に記憶された充電電流値Ｉａを指定電流値とする制御指令とを通信部４１経由で充放電部１１へ出力する。これにより、充放電部１１は、調整対象の二次電池２１へ充電電流値Ｉａでの充電を開始する。

その後、指令生成部４４は、電圧検出部１２によって検出される検出電圧値Ｖｄｃが基準電圧値Ｖｒｅｆとなった時点で、運転指令および制御指令の出力を停止する。これにより、充放電部１１は、調整対象の二次電池２１への充電を終了し、調整対象の二次電池２１の電圧が基準電圧値Ｖｒｅｆへ調整される。

一方、検出電圧値ＶｄｃｅがＶｒｅｆ±Ｖｅの範囲外で、基準電圧値Ｖｒｅｆよりも大きい場合、指令生成部４４は、種別を放電指令とした運転指令と、供給電圧値Ｖａおよび放電電流値Ｉｂを指定電流値とする制御指令を通信部４１経由で充放電部１１へ出力する。これにより、充放電部１１は、調整対象の二次電池２１から放電電流値Ｉｂでの放電を開始する。なお、充放電部１１の駆動制御部３４は、検出電流値Ｉｄｃと放電電流値Ｉｂとの偏差が零になるように供給電圧値Ｖａを調整することで、放電電流値Ｉｂで二次電池２１からの放電を行う。

その後、指令生成部４４は、電圧検出部１２によって検出される検出電圧値Ｖｄｃｅが基準電圧値Ｖｒｅｆとなった時点で、運転指令および制御指令の出力を停止する。これにより、充放電部１１は、調整対象の二次電池２１の放電を終了し、調整対象の二次電池２１の電圧が基準電圧値Ｖｒｅｆへ調整される。

なお、二次電池２１からの放電は、制御部１４が負荷３を動作させることによっても行うことができる。この場合、指令生成部４４は、充放電部１１に対する指令に代え、負荷３に所定の負荷電流が流れるように要求する駆動指令を入出力部４２に対して出力する。負荷３は、上述のように、例えば、インバータ回路および交流電動機を備えており、駆動指令によって交流電動機に直流電流を流すようにインバータ回路を駆動することで、所定の負荷電流を流す。なお、放電抵抗とスイッチング素子を直列接続した放電部を直流電圧間に接続しておき、かかるスイッチング素子を駆動指令によりオンにすることで、所定の負荷電流を流すようにしてもよい。

また、ステップＳ１８で新たな二次電池２１に交換された場合、制御部１４は、基準電圧値Ｖｒｅｆを調整することができる。例えば、制御部１４は、新たな二次電池２１の電圧値を電圧検出部１２により検出させ、かかる電圧値と基準電圧値Ｖｒｅｆとを比較し、二次電池２１の電圧値が基準電圧値Ｖｒｅｆよりも高い場合には、基準電圧値Ｖｒｅｆを二次電池２１の電圧値とする。また、制御部１４は、新たな二次電池２１の電圧値を予め記憶部４３に記憶しておくことで、電圧検出部１２による検出処理を行わず、記憶部４３に記憶した電圧値を用いることもできる。

ステップＳ２０の処理が終了すると、指令生成部４４は、ステップＳ１９においてオンにしたスイッチ２２をオフする（ステップＳ２１）。その後、指令生成部４４は、電圧調整を行っていない二次電池２１があるか否かを判定する（ステップＳ２２）。電圧調整を行っていない二次電池２１があると判定すると（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、指令生成部４４は、処理をステップＳ１９へ移行する。

一方、電圧調整を行っていない二次電池２１がないと判定すると（ステップＳ２２；Ｎｏ）、指令生成部４４は、スイッチ２２ａ〜２２ｃをすべてオンにして待機状態にし、診断・調整モードを終了する。なお、ステップＳ２２において、スイッチ２２ａ〜２２ｃをすべてオフにする待機状態にしてもよい。

以上のように、本実施形態に係る蓄電装置１では、制御部１４が、二次電池２１間の電圧差が所定範囲になるようにスイッチ２２を制御して二次電池２１を個別に充放電部１１により充電または放電させる調整処理を実行する。かかる調整処理は、例えば、放電モードや充電モードの前に行われる。

かかる構成により、二次電池２１間を接続するスイッチ２２がオンにされて二次電池２１間が電気的に接続された場合であっても、二次電池２１間の電位差が少ないため、大きな突入電流が流れない。したがって、突入防止用抵抗やバイパス用コンダクタの配置スペースやコストの課題を低減または解消することができる。

また、突入電流を低減することができることから、負荷変動が大きく、負荷容量の変動を予測しにくい負荷３に対しても、二次電池２１の並列接続数を増加させることで容易に対応することができる。なお、負荷変動が大きく、負荷容量の変動を予測しにくい負荷３は、例えば、クレーンや垂直搬送機などの昇降動作を伴った機械や、水平移動であっても路面の状態により負荷容量が安定しない台車などがある。

なお、上述の実施形態では、スイッチ２２ａ〜２２ｃがすべてオンとなっている状態で電圧検出部１２によって検出される検出電圧値Ｖｄｃの情報を基準電圧値Ｖｒｅｆとしたが、基準電圧値Ｖｒｅｆはかかる情報に限定されるものではない。例えば、二次電池２１の電池特性を考慮した電圧値を基準電圧値Ｖｒｅｆとしてもよく、また、最も電圧が高い二次電池２１の電圧の値を基準電圧値Ｖｒｅｆとしてもよい。

二次電池２１の電池特性を考慮した電圧値を基準電圧値Ｖｒｅｆとする場合、例えば、二次電池２１の電圧と充電量との関係を示す電池特性の情報を記憶部４３に記憶しておく。図５は、二次電池２１の電池特性を示す図である。図５に示すように、二次電池２１は、充電量が多いほど電圧が高くなる特性を有しているが、例えば、領域Ａでは、充電量の変化に対する電圧の変化が少ない。

そこで、制御部１４は、充電量の変化に対する電圧の変化が少ない領域の中で基準電圧値Ｖｒｅｆを決定する。これにより、電圧が安定した領域で二次電池２１の電圧調整を行うことができ、電圧調整後において二次電池２１の電圧値のばらつきが少ない。そのため、二次電池２１間で生じる突入電流を精度よく低減することが可能となる。

また、最も電圧が高い二次電池２１の電圧値を基準電圧値Ｖｒｅｆとする場合、制御部１４は、ステップＳ１９の処理前に、スイッチ２２ａ〜２２ｃのうち一つのスイッチ２２を制御して各二次電池２１の電圧値を電圧検出部１２によって検出する。そして、制御部１４は、電圧検出部１２で検出された検出電圧値Ｖｄｃのうち最も高い検出電圧値Ｖｄｃを基準電圧値Ｖｒｅｆとして記憶部４３に記憶し、ステップＳ１９の処理を行う。なお、制御部１４は、ステップＳ１３において電圧検出部１２で検出された検出電圧値Ｖｄｃを記憶部４３に記憶しておき、最も高い検出電圧値Ｖｄｃを基準電圧値Ｖｒｅｆとすることもできる。これにより、処理速度を向上させることができる。

また、二次電池２１ａ〜２１ｃの電圧のうち、充電量の変化に対する電圧の変化が最も少ない二次電池２１の電圧値を基準電圧値Ｖｒｅｆとしてもよい。例えば、二次電池２１ａ〜２１ｃの電圧Ｖ１１〜Ｖ１３が図５に示す状態である場合、二次電池２１ａの電圧Ｖ１１を基準電圧値Ｖｒｅｆとして選択する。このようにすることで、二次電池２１間で生じる突入電流を精度よく低減しつつも、電圧調整における処理速度を向上させることができる。

また、制御部１４は、満充電時の電圧が最も低い二次電池２１の電圧値を基準電圧値Ｖｒｅｆとし、この基準電圧値Ｖｒｅｆとの差が所定範囲になるように調整処理を実行することもできる。内部抵抗値Ｒｉが高い二次電池２１は劣化度も大きく、満充電時の電圧が最も低い場合が多い。そこで、制御部１４は、内部抵抗値Ｒｉが最も高い二次電池２１を、満充電時の電圧が最も低い二次電池２１とし、かかる二次電池２１の電圧値を基準電圧値Ｖｒｅｆとする。このようにすることで、より精度よく調整処理を行うことができる。

また、上述の実施形態では、診断モードと調整モードを連続して行う診断・調整モードについて説明したが、制御部１４は、診断モードと調整モードとをそれぞれ個別に実行することもできる。この場合、診断モードでは、ステップＳ１１〜Ｓ１８の処理が行われ、調整モードでは、ステップＳ１９〜Ｓ２２の処理が行われる。

また、制御部１４は、例えば、放電モードが終了した直後、充電モードを実行する直前、新しい二次電池２１に交換した直後などを調整モードの実行タイミングとすることができる。充電モードを実行する直前に調整モードを実行する場合、制御部１４は、各二次電池２１ａ〜２１ｃの電圧値を個別に取得し、最も高い電圧の二次電池２１の電圧値に残りの二次電池２１の電圧を調整する。これにより、最も高い電圧の二次電池２１の電圧調整は行われないため、調整モードの処理時間を短縮することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１蓄電装置
２電源
３負荷
１０蓄電部
１１充放電部
１２電圧検出部
１３電流検出部
１４制御部
２１ａ〜２１ｃ（２１）二次電池（蓄電回路）
２２ａ〜２２ｃ（２２）スイッチ

Claims

それぞれスイッチを介して並列接続された複数の蓄電回路を有する蓄電部と、
前記複数の蓄電回路の各電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電部からの放電電力を負荷へ供給し、電源からの供給電力を前記蓄電部へ充電する充放電部と、
前記スイッチおよび前記充放電部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記スイッチがすべてオンである状態で前記電圧検出部によって検出された前記蓄電回路の電圧を基準電圧とし、当該基準電圧との電圧差が所定範囲になるように前記スイッチおよび前記充放電部を制御して前記蓄電回路を個別に充電または放電させる調整処理を実行して前記蓄電回路間の電圧差を所定範囲にする
ことを特徴とする蓄電装置。
それぞれスイッチを介して並列接続された複数の蓄電回路を有する蓄電部と、
前記複数の蓄電回路の各電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電部からの放電電力を負荷へ供給し、電源からの供給電力を前記蓄電部へ充電する充放電部と、
前記スイッチおよび前記充放電部を制御する制御部と、
前記蓄電回路の電圧と充電量との関係を示す情報を記憶する記憶部と、を備え、
前記制御部は、
前記記憶部に記憶した情報に基づき、充電量の変化に対する電圧の変化が少ない領域で前記蓄電回路間の電圧差が所定範囲になるように前記スイッチおよび前記充放電部を制御して前記蓄電回路を個別に充電または放電させる調整処理を実行する
ことを特徴とする蓄電装置。
前記複数の蓄電回路の各電流値を検出する電流検出部を備え、
前記制御部は、
前記調整処理の前に、前記電圧検出部および前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電回路の内部抵抗値を算出する内部抵抗検出処理を実行し、
前記内部抵抗検出処理で用いられた前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記調整処理を実行する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電装置。
前記制御部は、
内部抵抗値が所定値以上の前記蓄電回路がある場合、前記調整処理を行わない
ことを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。