JP4717856B2 - 電池システム、電池システム制御方法、電池システム制御プログラムおよびプログラム記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、電池システム、電池システム制御方法、電池システム制御プログラムおよびプログラム記録媒体に関し、特に、電池が出力する電力を負荷へ供給する電池システム、電池システム制御方法、電池システム制御プログラムおよびプログラム記録媒体に関する。

直流電源に用いられるニッケル水素蓄電池は、鉛蓄電池に比べて、エネルギー密度が大きく、電池寿命の長さや環境への負担が少ないことが特徴であり、さらには、小型・軽量で、持ち運びにも便利であるため、車載用バッテリーや災害対策用電源として、近年、急速に普及しつつある。

ニッケル水素蓄電池を電源として用いる場合、例えば、単セルと呼ばれる単一のニッケル水素蓄電池（定格電圧１．２Ｖ、電流容量９５Ａｈ）をｋ本（例えば１０本）直列に接続したものを１単位（以降、１モジュールと称する）とし、さらに、このモジュールをｍ単位分（例えば４単位分）直列および／または並列に接続したものを組電池とし、さらに、ｎ組（例えば３組）の組電池を並列接続して、大容量のニッケル水素蓄電池システムを構成するようにしている。

このような大容量の電池システムにおいて、負荷へ供給する電力の供給能力を管理するための仕組みについても、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１の特開２００４−１１９１１２号公報「電源装置」、特許文献２の特開２００４−１２０８５６号公報「電源装置」、あるいは、特許文献３の特開２００４−１２０８５７号公報「電源装置」などには、並列接続した複数の組電池と、充電制御手段と、放電制御手段と、を備えた電源システムにおける管理手法が記載されている。

前記特許文献１には、保守・点検時における組電池の寿命の推定を容易にするために、組電池の製造日付を内部に保存して、保存した組電池の製造日付に基づいて、所定の電力を供給可能な使用可能期間を算出して組電池交換日付を表示することが記載されている。

また、前記特許文献２には、組電池の劣化判定用に放電容量試験を実行中に停電等が発生したとしても、負荷側への給電を可能とするために、劣化判定対象の或る組電池の放電容量試験を実行する際に、当該組電池を満充電まで充電させるのみならず、劣化判定対象外の組電池も満充電まで充電させた上で、放電容量試験を実行する電池監視手段を設けることが記載されている。

また、前記特許文献３には、電力需要を平準化して電力コストを削減可能とするために、組電池の残存容量が充電開始閾値以下になったか否かを監視し、該充電開始閾値以下になった場合には、電力の利用が少ない深夜の所定時刻になるのを待って、当該組電池への補充電を開始させる電池監視手段を設けることが記載されている。
特開２００４−１１９１１２号公報 特開２００４−１２０８５６号公報 特開２００４−１２０８５７号公報

蓄電池、放電器および充電器を組み合わせることにより、商用電源の停電時にも負荷装置を動作させるためのバックップ電源システムを構成することが可能である。このような電源システムでは、例えば、図５に示すように、複数のニッケル水素蓄電池を直列および／または並列に接続してなる組電池１と、交流入力５からの交流電力をバイパスするバイパス回路１０と、交流電力を直流電力へ変換して各ニッケル水素蓄電池すなわち組電池１を充電する充電器６と、組電池１が出力する電力を交流電力へ変換するインバータ７と、切替器８とを有する。

交流入力５からの交流電力が有効であるときは、切替器８は、バイパス回路１０を交流負荷９へ接続し、入力された交流電力がそのまま交流負荷９へと出力される。さらに、交流入力５からの交流電力により充電器６を介して組電池１を充電する。一方、交流入力５からの交流電力が無効になる停電時においては、切替器８は、インバータ７の出力を交流負荷９へ接続し、組電池１から出力されたエネルギーがインバータ７を介して交流電力に変換されて交流負荷９へ供給される。

制御部４は、組電池１の安全の確保および電池劣化の防止を図るために、組電池１の状態を監視し、充電中の満充電の検知、組電池１の故障検知、および、インバータ７の運転制御を行う機能を有する。また、制御部４の動作には、電源が必要であり、交流入力５からの交流電力の停電時においても、制御部４による制御を継続する必要があることから、この制御部４への動作電源は、組電池１から供給される。

一般に、組電池１を構成する蓄電池は、該蓄電池としてあらかじめ定められている放電終止電圧を下回って放電を継続した場合、劣化が進行するため、制御部４の動作により、放電終止電圧に達した時点で組電池１の放電を停止させる必要がある。したがって、交流入力５の交流電力が停電中において、組電池１から交流負荷９へ給電している場合は、制御部４は、組電池１の出力電圧を監視し、あらかじめ定めた電圧閾値つまり放電終止電圧以下に低下したとき、インバータ７の動作を停止させて交流負荷９への給電を停止する制御を行う。

しかしながら、インバータ７の停止後も、制御部４の動作電源として、組電池１の電力が供給され続けるため、組電池１が放電終止電圧以下に低下した後も組電池１の放電が継続し、組電池１の劣化が進行するという問題が発生する。

かくのごとき問題は、ニッケル水素蓄電池システムの場合に限らず、リチウムイオン電池などの二次電池を組み合わせてなる電池システムや、一次電池を含め、複数の電池を組み合わせてなる電池システムにおいても生じる問題である。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、複数の電池を直列および／または並列に接続した組電池を１組以上有し、各組電池が並列接続されて負荷に電力を供給するように構成した電池システムに関して、電池の過放電および劣化を抑制しながら負荷への給電を行うことが可能な電池システム、電池システム制御方法、電池システム制御プログラムおよびプログラム記録媒体を提供することにある。

また、例えば、商用の交流電力を負荷へ供給しながら組電池の蓄電池を充電し、商用交流電力の停電時に、組電池から負荷へ電力を供給するバックアップ電源システムのように、組電池からインバータを介して負荷へ放電する電池システムにおいて、電池の過放電および劣化を抑制しながら負荷への給電を行う電池システム、電池システム制御方法、電池システム制御プログラムおよびプログラム記録媒体を提供することにある。

本発明は、前述の課題を解決するために、以下のごとき各技術手段から構成されている。

第１の技術手段は、複数の電池を直列および／または並列に接続してなる組電池を１組以上有し、前記組電池が出力する電力を負荷へ供給する電池システムであって、１組以上の前記組電池が並列接続されて前記負荷へ接続され、前記組電池それぞれは、前記負荷への出力側に遮断器を有する電池システムにおいて、いずれかの前記組電池の出力電圧が、それぞれの前記組電池についてあらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する手段を備え、かつ、閉成されている前記遮断器が残り１つになった場合に、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、前記負荷の動作を停止させる指示を行った後、さらに、あらかじめ定めた経過時間の経過後に該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する手段を備えていることを特徴とする。

第２の技術手段は、複数の電池を直列および／または並列に接続してなる組電池を１組以上有し、前記組電池が出力する電力を負荷へ供給する電池システムであって、１組以上の前記組電池が並列接続されて前記負荷へ接続され、前記組電池それぞれは、前記負荷への出力側に遮断器を有する電池システムにおいて、当該電池システムの動作を制御する制御部として、前記組電池それぞれの出力電圧を監視する電圧監視手段と、前記遮断器の開閉を制御する制御信号を送信する遮断器制御手段と、前記負荷の動作を制御する制御信号を送信する負荷制御手段と、あらかじめ定めた経過時間を計数する時間計数手段とを備え、かつ、前記制御部の動作電力を、前記組電池それぞれから前記遮断器を介して供給するように構成されており、前記制御部の前記電圧監視手段が、いずれかの前記組電池の出力電圧が、それぞれの前記組電池についてあらかじめ定められた電圧閾値以下となったことを検知したとき、前記遮断器制御手段により、当該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する制御信号を送信して、前記遮断器を開放させ、または、前記制御部の前記電圧監視手段が、閉成されている前記遮断器が残り１つになった場合に、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったことを検知したときには、前記負荷制御手段により、前記負荷の動作を停止させる制御信号を送信した後、さらに、前記時間計数手段によりあらかじめ定めた経過時間の経過を計数した後に、前記遮断器制御手段により、前記組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する制御信号を送信して、前記遮断器を開放させることを特徴とする。

第３の技術手段は、前記第１または第２の技術手段に記載の電池システムにおいて、前記負荷が交流電力により駆動される交流負荷であり、１組以上の前記組電池の出力側に接続された前記遮断器を並列接続した接続点に、直流電力を交流電力に変換するインバータを接続し、該インバータの出力により前記負荷を駆動する構成としている場合、閉成されている前記遮断器が残り１つになり、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、前記負荷の動作を停止させる指示を行う代わりに、前記インバータの動作を停止させる指示を行うことを特徴とする。

第４の技術手段は、前記第１ないし第３の技術手段のいずれかに記載の電池システムにおいて、前記電池は二次電池であることを特徴とする。

第５の技術手段は、複数の電池を直列および／または並列に接続してなる組電池を１組以上有し、前記組電池が出力する電力を負荷へ供給する電池システム制御方法であって、１組以上の前記組電池が並列接続されて前記負荷へ接続され、前記組電池それぞれは、前記負荷への出力側に遮断器を有する電池システム制御方法において、いずれかの前記組電池の出力電圧が、それぞれの前記組電池についてあらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する手続きを有し、かつ、閉成されている前記遮断器が残り１つになった場合に、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、前記負荷の動作を停止させる指示を行った後、さらに、あらかじめ定めた経過時間の経過後に該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する手続きを有することを特徴とする。

第６の技術手段は、前記第５の技術手段に記載の電池システム制御方法において、前記負荷が交流電力により駆動される交流負荷であり、１組以上の前記組電池の出力側に接続された前記遮断器を並列接続した接続点に、直流電力を交流電力に変換するインバータを接続し、該インバータの出力により前記負荷を駆動する構成としている場合、閉成されている前記遮断器が残り１つになり、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、前記負荷の動作を停止させる指示を行う代わりに、前記インバータの動作を停止させる指示を行うことを特徴とする。

第７の技術手段は、前記第５または第６の技術手段に記載の電池システム制御方法において、前記電池は二次電池であることを特徴とする。

第８の技術手段は、前記第５ないし第７の技術手段のいずれかに記載の電池システム制御方法の前記手続きを、コンピュータにより実行可能なプログラムとして実施している電池システム制御プログラムとすることを特徴とする。

第９の技術手段は、前記第８の技術手段に記載の電池システム制御プログラムを、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録しているプログラム記録媒体とすることを特徴とする。

本発明の電池システム、電池システム制御方法、電池システム制御プログラムおよびプログラム記録媒体によれば、以下のごとき効果を奏することができる。

電池システム、電池システム制御方法、電池システム制御プログラムおよびプログラム記録媒体を前述の各技術手段に記載したように構成することによって、組電池を構成する電池例えば二次電池の放電動作は、過放電となる前に停止することができ、而して、電池例えば二次電池の劣化を防止し、電池寿命を延伸させることが可能となる。

また、組電池の負荷側への給電の停止を電力配線に挿入された遮断器等のスイッチ部の開放によって行う場合に、スイッチ部の開放によって組電池が負荷側から切り離される前に、組電池から給電されている負荷の動作を停止させるため、スイッチ部の開放時に発生するアーク等によるスイッチ部の損傷を防止することができ、而して、遮断器等の寿命を延伸させることが可能となる。

以下に、本発明に係る電池システム、電池システム制御方法、電池システム制御プログラムおよびプログラム記録媒体の最良の実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（本発明の概要）
本発明の実施例の説明に先立って、まず、本発明の特徴についてその概要を説明する。本発明は、複数の電池を直列および／または並列に接続してなる組電池を１組以上有し、各組電池が並列接続されて負荷に電力を供給する電池システムに関するものであり、各組電池の出力電圧が、各組電池ごとにあらかじめ定めた電圧閾値以下になった場合、当該組電池は、出力側に備えられている遮断器を開放することにより負荷から切り離すように制御することを特徴とする。さらに、負荷に接続されている組電池が残り１つになり、残り１つの当該組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値以下になったときは、まず、負荷の動作を停止させる指示を行った後、負荷の動作が完全に停止するまでの時間としてあらかじめ定めた経過時間が経過した後に、当該組電池の遮断器を開放する制御を行うことを特徴としている。

つまり、本発明に係る電池システム、電池システム制御方法、電池システム制御プログラムおよびプログラム記録媒体においては、複数の電池を直列および／または並列に接続してなる１組以上の組電池から負荷への放電中に、１組以上の組電池のうちいずれかの組電池の出力電圧の低下を検知した場合、当該組電池の出力側に備える遮断器の開放を行い、また、閉成されている遮断器が残り１つになった際に、遮断器が閉成された状態にあった残り１つの組電池の出力電圧の低下を検知した場合は、該遮断器の開放前に負荷を停止させ、しかる後に、該遮断器の開放を行う。

さらには、１組以上の組電池それぞれに接続されている遮断器の開閉動作を制御する制御部への電力供給を前記遮断器を介して行うように構成することにより、１組以上の遮断器がすべて開放された状態では、前記制御部への電力供給も停止されることになり、組電池の放電動作を完全に停止させることができる。

この結果、組電池の過放電による劣化を防止するとともに、組電池の負荷からの切り離し時に発生する可能性があるアーク等による遮断器の損傷を防止することができるという効果を奏する。

以下に、本発明の実施の形態について、組電池を構成する電池がニッケル水素蓄電池の二次電池である場合を例として説明するが、本発明は、ニッケル水素蓄電池の場合のみに限られるものではない。例えば、複数のリチウムイオン電池や鉛蓄電池など、ニッケル水素蓄電池以外の二次電池の組み合わせからなる電池システムであっても、あるいは、一次電池を含め、複数の電池の組み合わせからなる電池システムであっても、全く同様に適用することができる。

なお、ニッケル水素蓄電池を直列接続して組電池を構成する場合を例にとって説明するが、ニッケル水素蓄電池を直列および／または並列に接続して組電池を構成しても、全く同様に適用することができる。

また、負荷が交流電力により駆動される交流負荷であった場合には、組電池からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して負荷へ給電するような電池システムについても適用することができる。

＜実施例１＞
（組電池が１組の電池システムの場合）
図１は、本発明の電池システムの実施の形態例を説明する構成図であり、組電池が１組からなっている場合を示している。図１において、ニッケル水素蓄電池（例えば、単セル定格電圧１．２Ｖ、定格容量９５Ａｈ、最低使用電圧１．０Ｖ）を１０セル直列接続することにより、組電池１（定格電圧１２Ｖ、定格容量９５Ａｈ）を構成し、負荷２へ接続する。組電池１から出力される電力は負荷２へ供給されるが、組電池１の出力側には遮断器３を備え、組電池１は遮断器３を介して負荷２に接続される。なお、負荷２は、外部からの制御信号によって動作および停止が可能である。また、本実施例では、ニッケル水素蓄電池セルを１０セル直列接続した場合について説明するが、組電池１として、任意のセル数からなる複数の電池を直列および／または並列接続して構成しても構わない。

図１の構成において、組電池１の最低使用電圧（放電終止電圧）は、１０Ｖ（＝１セル当たり最低使用電圧１．０Ｖ×１０セル）であり、この最低使用電圧を下回って放電を継続すると、過放電による劣化が起こり得る。

制御部４は、組電池１の出力電圧を監視し、負荷２の動作および停止を制御する制御信号を送信し、遮断器３を開閉する制御信号を送信することができる。すなわち、制御部４は、図１に示すように、組電池１の出力電圧を監視する電圧監視手段である電圧監視部４ａ、遮断器３の開閉を制御する制御信号を送信する遮断器制御手段である遮断器制御部４ｂ、負荷２の動作を制御する制御信号を送信する負荷制御手段である負荷制御部４ｃ、および、あらかじめ定めた経過時間を計数する時間計数部４ｄを少なくとも備えて構成されている。なお、制御部４の動作電源は、図１に示すように、組電池１から遮断器３を介して供給される。

図２は、図１に示す電池システムにおいて制御部４による負荷２および遮断器３の制御の流れを説明するフローチャートであり、本発明の電池システム制御方法の一例を示している。なお、かかる電池システム制御方法をコンピュータにより実行可能な電池システム制御プログラムとして実施しても良いし、あるいは、該電池システム制御プログラムをコンピュータにより読み取り可能なプログラム記録媒体に記録するようにしても良い。

図２において、電池システムが起動され、電池システムとしての制御動作を開始した制御部４は、まず、負荷制御部４ｃにより負荷２を動作させる制御信号を生成して、負荷２に送信し、負荷２を動作させる（ステップＳ２１）。しかる後、制御部４は、電圧監視部４ａにより組電池１の出力電圧Ｖｄを監視し、出力電圧Ｖｄが当該組電池１についてあらかじめ定めた電圧閾値Ｖ１（つまり組電池１の最低使用電圧１０Ｖ）を越えている間は（ステップＳ２２のＮＯ）、ステップＳ２２における組電池１の出力電圧Ｖｄの監視動作を繰り返す。

一方、組電池１の出力電圧Ｖｄが電圧閾値Ｖ１（つまり１０Ｖ）以下となったとき（ステップＳ２２のＹＥＳ）、ステップＳ２３へ進み、制御部４は、まず、負荷制御部４ｃにより負荷２の動作を停止させる制御信号を生成して、負荷２の動作を停止させる指示を行った後（ステップＳ２３）、負荷２が停止するまでの時間としてあらかじめ定めた経過時間Ｔ２（例えば１秒）が経過したことを時間計数部４ｄによって検出した時点で、遮断器制御部４ｂにより遮断器３を開放する制御信号を生成して、遮断器３を開放する（ステップＳ２４）。

ここで、電圧閾値Ｖ１として、前述のように、組電池１の放電可能な最低使用電圧（放電終止電圧）を設定することによって、過放電による電池劣化を防止することができる。また、経過時間Ｔ２としては、負荷２の動作が完全に停止して負荷２の消費電力が最小となるまでの時間を設定することによって、遮断器３の開放時に、遮断器３のスイッチ部におけるアーク等の発生を抑止し、遮断器３のスイッチ部の損傷を防止することができる。

以上のような制御を実行することにより、組電池１の出力電圧Ｖｄが最低使用電圧１０Ｖより大きい間は、組電池１から負荷２へ給電され、負荷２の動作が継続し、一方、出力電圧Ｖｄが最低使用電圧１０Ｖ以下となった時、負荷２が停止して、負荷２の消費電力が小さくなるのを待って、遮断器３が開放される。

ただし、遮断器３の構成や電池システムの電力容量如何によっては、組電池１の出力電圧が最低使用電圧１０Ｖ以下となった時であっても、負荷２の動作を停止させることなく、遮断器３を開放させるように構成する場合もあり得る。

なお、図５に示すような構成の交流負荷に対する電源システムヘ適用する場合については、図１において、負荷２をインバータ７と読み替えることにより、全く等価の構成とすることができる。つまり、負荷が交流電力により駆動される交流負荷９であり、組電池１の出力側に接続された遮断器３に、直流電力を交流電力に変換するインバータ７を接続し、インバータ７の出力により交流負荷９を駆動する構成としている場合、組電池１の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下すなわち最低使用電圧１０Ｖ以下となったとき、交流負荷９の動作を停止させる指示を行う代わりに、インバータ７の動作を停止させる指示を行うようにしても良い。

一般に、インバータ７は、外部信号により、運転・停止する機能を備えている。したがって、制御部４からの運転停止信号をインバータ７が受信することによって、インバータ７の出力を停止させることができる。インバータ７の出力が停止して、組電池１からインバータ７への放電が完全に停止するのを待って、組電池１の消費電力が制御部４のみとなった状態になった以降において、遮断器３の開放を指示することにより、遮断器３は安全に開放されて、組電池１の放電が完全に停止する。

＜実施例２＞
（組電池が３組の電池システムの場合）
図３は、本発明の電池システムの実施例１とは異なる実施の形態例を説明する構成図であり、組電池が３組からなっている場合を示している。しかし、任意の複数組の組電池からなっている場合でも本実施例と全く同様である。図３において、ニッケル水素蓄電池（例えば、単セル定格電圧１．２Ｖ、定格容量９５Ａｈ、最低使用電圧１．０Ｖ）をそれぞれ１０セル直列接続することにより、３組の組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）（それぞれ、定格電圧１２Ｖ、定格容量９５Ａｈ）を構成し、３組の組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）をそれぞれの出力側において並列接続し、並列接続点から負荷２へ接続する。

３組の組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から出力される電力は負荷２へ供給されるが、それぞれの組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の出力側には遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）を備え、組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）は、遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）を介して並列接続点へ接続されて、該並列接続点を経由して負荷２へ接続される。なお、負荷２は、外部からの制御信号によって動作および停止が可能である。また、本実施例では、ニッケル水素蓄電池セルを１０セル直列接続した場合について説明するが、各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）として、任意のセル数からなる複数の電池を直列および／または並列接続して構成しても構わない。

図３の構成において、３組の各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の最低使用電圧（放電終止電圧）は、それぞれ、１０Ｖ（＝１セル当たり最低使用電圧１．０Ｖ×１０セル）であり、この最低使用電圧を下回って放電を継続すると、過放電による劣化が起こり得る。

制御部４は、各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の出力電圧を監視し、負荷２の動作および停止を制御する制御信号を送信し、遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）を開閉する制御信号を送信することができる。すなわち、制御部４は、図３に示すように、組電池１それぞれの出力電圧を監視する電圧監視手段である電圧監視部４ａ、遮断器３の開閉を制御する制御信号を送信する遮断器制御手段である遮断器制御部４ｂ、負荷２の動作を制御する制御信号を送信する負荷制御手段である負荷制御部４ｃ、および、あらかじめ定めた経過時間を計数する時間計数部４ｄを少なくとも備えて構成されている。なお、制御部４の動作電源は、図３に示すように、各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）を介して供給される。

図４は、図３に示す電池システムにおいて制御部４による負荷２および遮断器３の制御の流れを説明するフローチャートであり、本発明の電池システム制御方法の実施例１とは異なる例を示している。なお、かかる電池システム制御方法をコンピュータにより実行可能な電池システム制御プログラムとして実施しても良いし、あるいは、該電池システム制御プログラムをコンピュータにより読み取り可能なプログラム記録媒体に記録するようにしても良い。

図４において、電池システムが起動され、電池システムとしての制御動作を開始した制御部４は、まず、負荷制御部４ｃにより負荷２を動作させる制御信号を生成して、負荷２に送信し、負荷２を動作させる（ステップＳ４１）。しかる後、制御部４は、各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）のうち、遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）が閉成している状態にある（ステップＳ４２，Ｓ４７，Ｓ５２のＹＥＳの場合の）組電池１について、該当する各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の出力電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃがあらかじめ定めた電圧閾値Ｖ１（つまり各組電池１の最低使用電圧１０Ｖ）以下であるか否かを電圧監視部４ａにより監視する（ステップＳ４３，Ｓ４８，Ｓ５３）。

各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の出力電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃがそれぞれの組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）についてあらかじめ定めた電圧閾値Ｖ１を越えている間は（ステップＳ４３，Ｓ４８，Ｓ５３のＮＯ）、各遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の閉成状態と各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の出力電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの電圧レベルの監視動作を繰り返し、負荷２の動作および遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の開閉状態には変化がない。

ここで、組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）のうち、いずれかの組電池１の出力電圧が、電圧閾値Ｖ１（１０Ｖ）以下となったとき（ステップＳ４３，Ｓ４８，Ｓ５３のいずれかがＹＥＳ）、制御部４は、遮断器制御部４ｂにより該当する組電池１の遮断器３を開放する制御信号を生成して、遮断器３を開放する（ステップＳ４６，Ｓ５１，Ｓ５６のいずれかのステップ）。

ただし、閉成されている遮断器３が、残り１つだけになっていたときに（ステップＳ４４，Ｓ４９，Ｓ５４のいずれかのステップのＹＥＳ）、該当する組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の出力電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが電圧閾値Ｖ１（１０Ｖ）以下となった場合は、制御部４は、まず、負荷制御部４ｃにより負荷２の動作を停止させる制御信号を生成して、負荷２の動作を停止させる指示を行った後（ステップＳ４５，Ｓ５０，Ｓ５５のいずれかのステップ）、負荷２が停止するまでの時間としてあらかじめ定めた経過時間Ｔ２（例えば１秒）が経過したことを時間計数部４ｄによって検出した時点で、遮断器制御部４ｂにより該当する遮断器３を開放する制御信号を生成して、遮断器３を開放する（ステップＳ４６，Ｓ５１，Ｓ５６のいずれかのステップ）。

ここで、電圧閾値Ｖ１として、前述のように、各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の放電可能な最低使用電圧（放電終止電圧）を設定することによって、過放電による電池劣化を防止することができる。また、経過時間Ｔ２としては、負荷２の動作が完全に停止して負荷２の消費電力が最小となるまでの時間を設定することによって、遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の開放時に、遮断器３のスイッチ部におけるアーク等の発生を抑止し、遮断器３のスイッチ部の損傷を防止することができる。

以上のような制御を実行することにより、各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の出力電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが最低使用電圧１０Ｖより大きい間は、各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から負荷２へ給電され、負荷２の動作が継続し、一方、出力電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのいずれかが最低使用電圧１０Ｖ以下となった時、該当する組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）は開放され、さらに、最後に残った１組の組電池１の出力電圧が最低使用電圧１０Ｖ以下となった時には、まず、負荷２が停止して、負荷２の消費電力が小さくなるのを待って、該当する遮断器３が開放される。

なお、遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）を開放する場合の組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の出力電圧を、実施例２においては、組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）のすべてについて同一の電圧閾値Ｖ１（つまり組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の最低使用電圧１０Ｖ）以下としているが、各組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）において必ずしも同一の値に設定する必要はない。組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）間の劣化状態に差がある場合などにおいては、組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）ごとにそれぞれで異なる電圧閾値すなわち放電終止電圧を設定することも可能である。

また、遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の構成や電池システムの電力容量如何によっては、最後に残った１組の組電池１の出力電圧が最低使用電圧１０Ｖ以下となった時であっても、負荷２の動作を停止させることなく、遮断器３を開放させるように構成する場合もあり得る。

なお、図５に示すような構成の交流負荷に対する電源システムヘ適用する場合については、図３において、負荷２をインバータ７と読み替えることにより、全く等価の構成とすることができる。つまり、負荷が交流電力により駆動される交流負荷９であり、１組以上の組電池１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の出力側にそれぞれ接続された遮断器３（３ａ，３ｂ，３ｃ）を並列接続した接続点に、直流電力を交流電力に変換するインバータ７を接続し、インバータ７の出力により交流負荷９を駆動する構成としている場合、閉成されている遮断器３が残り１つになり、遮断器３が閉成された状態にある残り１つの組電池１の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下すなわち最低使用電圧１０Ｖ以下となったとき、交流負荷９の動作を停止させる指示を行う代わりに、インバータ７の動作を停止させる指示を行うようにしても良い。

一般に、インバータ７は、外部信号により、運転・停止する機能を備えている。したがって、制御部４からの運転停止信号をインバータ７が受信することによって、インバータ７の出力を停止させることができる。インバータ７の出力が停止して、残った１組の組電池１からインバータ７への放電が完全に停止するのを待って、残った１組の組電池１の消費電力が制御部４のみとなった状態になった以降において、閉成されている遮断器３の開放を指示することにより、遮断器３は安全に開放されて、組電池１の放電が完全に停止する。

（本発明によって得られる効果）
以上に詳細に説明したように、本発明に係る電池システムの特徴は、複数の電池を組み合わせてなる組電池から出力される電力を負荷へ供給する電池システムにおいて、組電池の出力側に遮断器を有し、放電中に組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値以下となったときに、該組電池の出力側に備えた遮断器を開放する制御を行い、また、最後に残った１組の遮断器を開放する場合には、遮断器の開放を実施する前に、負荷の動作を停止させる制御をも可能とすることにある。

かかる特徴を有することによって、電池の過放電による劣化を防止しつつ、電池に蓄積されたエネルギーを有効に負荷へ供給し、放電の終了前に負荷の動作が停止して、遮断器の遮断部の損傷を防止する電源システムを提供することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について、電池がニッケル水素蓄電池である場合を例として説明したが、本発明は、前述のように、かかる場合のみに限られるものではなく、例えば、複数のリチウムイオン電池や鉛蓄電池など、ニッケル水素蓄電池以外の二次電池の組み合わせからなる電池システムであっても、あるいは、一次電池を含め、複数の電池の組み合わせからなる電池システムであっても、全く同様に適用することができる。

次に、本発明によって得られる効果について説明する。

（１）電池例えば二次電池から出力されるエネルギーを負荷へ供給する電池システムでは、放電終止電圧を下回って放電し続けて、過放電状態となった場合、当該電池例えば二次電池が劣化し、蓄電能力が低下するという問題が発生する。

本発明により、出力電圧が放電終止電圧以下に低下した電池例えば二次電池は、ただちに放電を停止するため、電池例えば二次電池の過放電や劣化を抑制する電池システムを構成することが可能となる。

（２）電池が出力する電力を負荷へ供給する電池システムにおいて、給電の停止を電力配線に挿入された遮断器等のスイッチ部の開放によって行う場合、開放時のアーク等によりスイッチ部が損傷を受け、遮断器等の寿命低下を招くという問題が発生する。

本発明により、遮断器等のスイッチ部の開放前に、負荷の動作を停止させ、最小限の消費電力となった後に、スイッチ部が開放されるため、アーク等の発生によるスイッチ部の損傷を防止することが可能となり、遮断器等の寿命を延伸させることができる。

本発明の電池システムの実施の形態例を説明する構成図である、 図１に示す電池システムにおいて制御部による負荷および遮断器の制御の流れを説明するフローチャートである。 本発明の電池システムの実施例１とは異なる実施の形態例を説明する構成図である、 図３に示す電池システムにおいて制御部による負荷および遮断器の制御の流れを説明するフローチャートである。 商用電力を蓄電池へ充電しながら負荷へ供給し、停電時は蓄電池が出力する電力を負荷へ供給する電源システムの構成図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…組電池、２…負荷、３，３ａ，３ｂ，３ｃ…遮断器、４…制御部、４ａ…電圧監視部、４ｂ…遮断器制御部、４ｃ…負荷制御部、４ｄ…時間計数部、５…交流入力、６…充電器、７…インバータ、８…切替器、９…交流負荷、１０…バイパス回路。

Claims (9)

1. 複数の電池を直列および／または並列に接続してなる組電池を１組以上有し、前記組電池が出力する電力を負荷へ供給する電池システムであって、１組以上の前記組電池が並列接続されて前記負荷へ接続され、前記組電池それぞれは、前記負荷への出力側に遮断器を有する電池システムにおいて、いずれかの前記組電池の出力電圧が、それぞれの前記組電池についてあらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する手段を備え、かつ、閉成されている前記遮断器が残り１つになった場合に、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、前記負荷の動作を停止させる指示を行った後、さらに、あらかじめ定めた経過時間の経過後に該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する手段を備えていることを特徴とする電池システム。
2. 複数の電池を直列および／または並列に接続してなる組電池を１組以上有し、前記組電池が出力する電力を負荷へ供給する電池システムであって、１組以上の前記組電池が並列接続されて前記負荷へ接続され、前記組電池それぞれは、前記負荷への出力側に遮断器を有する電池システムにおいて、当該電池システムの動作を制御する制御部として、前記組電池それぞれの出力電圧を監視する電圧監視手段と、前記遮断器の開閉を制御する制御信号を送信する遮断器制御手段と、前記負荷の動作を制御する制御信号を送信する負荷制御手段と、あらかじめ定めた経過時間を計数する時間計数手段とを備え、かつ、前記制御部の動作電力を、前記組電池それぞれから前記遮断器を介して供給するように構成されており、前記制御部の前記電圧監視手段が、いずれかの前記組電池の出力電圧が、それぞれの前記組電池についてあらかじめ定められた電圧閾値以下となったことを検知したとき、前記遮断器制御手段により、当該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する制御信号を送信して、前記遮断器を開放させ、または、前記制御部の前記電圧監視手段が、閉成されている前記遮断器が残り１つになった場合に、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったことを検知したときには、前記負荷制御手段により、前記負荷の動作を停止させる制御信号を送信した後、さらに、前記時間計数手段によりあらかじめ定めた経過時間の経過を計数した後に、前記遮断器制御手段により、前記組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する制御信号を送信して、前記遮断器を開放させることを特徴とする電池システム。
3. 請求項１または２に記載の電池システムにおいて、前記負荷が交流電力により駆動される交流負荷であり、１組以上の前記組電池の出力側に接続された前記遮断器を並列接続した接続点に、直流電力を交流電力に変換するインバータを接続し、該インバータの出力により前記負荷を駆動する構成としている場合、閉成されている前記遮断器が残り１つになり、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、前記負荷の動作を停止させる指示を行う代わりに、前記インバータの動作を停止させる指示を行うことを特徴とする電池システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電池システムにおいて、前記電池は二次電池であることを特徴とする電池システム。
5. 複数の電池を直列および／または並列に接続してなる組電池を１組以上有し、前記組電池が出力する電力を負荷へ供給する電池システム制御方法であって、１組以上の前記組電池が並列接続されて前記負荷へ接続され、前記組電池それぞれは、前記負荷への出力側に遮断器を有する電池システム制御方法において、いずれかの前記組電池の出力電圧が、それぞれの前記組電池についてあらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する手続きを有し、かつ、閉成されている前記遮断器が残り１つになった場合に、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、前記負荷の動作を停止させる指示を行った後、さらに、あらかじめ定めた経過時間の経過後に該組電池の出力側に接続された前記遮断器を開放する手続きを有することを特徴とする電池システム制御方法。
6. 請求項５に記載の電池システム制御方法において、前記負荷が交流電力により駆動される交流負荷であり、１組以上の前記組電池の出力側に接続された前記遮断器を並列接続した接続点に、直流電力を交流電力に変換するインバータを接続し、該インバータの出力により前記負荷を駆動する構成としている場合、閉成されている前記遮断器が残り１つになり、前記遮断器が閉成された状態にある残り１つの前記組電池の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値以下となったとき、前記負荷の動作を停止させる指示を行う代わりに、前記インバータの動作を停止させる指示を行うことを特徴とする電池システム制御方法。
7. 請求項５または６に記載の電池システム制御方法において、前記電池は二次電池であることを特徴とする電池システム制御方法。
8. 請求項５ないし７のいずれかに記載の電池システム制御方法の前記手続きを、コンピュータにより実行可能なプログラムとして実施していることを特徴とする電池システム制御プログラム。
9. 請求項８に記載の電池システム制御プログラムを、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録していることを特徴とするプログラム記録媒体。

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