JP6004350B2 - 蓄電池集合体の充放電制御システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池集合体の充放電制御システムに係り、特に、並列接続された電池ブロックの間の電圧差をなくす処理が行われる蓄電池集合体の充放電制御システムに関する。

電力管理において、負荷の電力消費に合わせて、発電や送電を効率的に行うことが好ましい。負荷の電力消費が変動する場合、蓄電装置を用いて電力需給を平均化することができる。蓄電装置としては、リチウムイオン電池のような二次電池を用いることができるが、リチウムイオン電池等の二次電池は、単位となる１つの蓄電池の端子間電圧が１Ｖから４Ｖ程度で、その充放電電流容量も小さい。そこで、蓄電池を複数個直列接続した電池ブロックが用いられるが、負荷の電力消費によっては、その電池ブロックの多数を直列接続あるいは並列接続して用いることが必要になる。

ところで、電池ブロックを互いに並列接続するときに、それぞれの電池ブロックの電圧が異なっていると、電圧の高いほうから低い方へ電流が流れ、場合によっては過大な電流となることが生じる。

そこで、例えば、特許文献１は、電圧均等化回路に関して、従来の鉛蓄電池よりも内部インピーダンスが低いリチウムイオン電池等を直接並列接続すると、製造のばらつきに起因するインピーダンスや接触抵抗の僅かな違いによって、列電池の一方に過大電流が流れる可能性を指摘している。そこで、複数の二次電池が接続される列電池を並列に接続した電力貯蔵装置において、各列電池の列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かが判定され、電圧調整が必要であるとされると、電圧調整手段から電圧調整のためのオフセット指令が出力されて、列電池のそれぞれに接続される電力変換器による充放電制御が行われることが開示されている。

特開２０１０−１４１９７０号公報

電池ブロックを並列接続するときの電圧差を解消するには、電圧均等化回路を用いればよいが、システム構成が複雑になる。電池ブロックを組み合わせるときに、複数の電池ブロックを単純に並列接続すれば、それによって電圧の高い電池ブロックと電圧の低い電池ブロックとの間で充放電電流が流れるので、自然と電圧均等化が行われる。その場合に、あまり電圧差があるとその電圧差を補償するための充放電電流が過大になるので、別の手段を用いて、予めある程度電圧差を小さくし、その段階で、電池ブロック相互を並列接続することが好ましい。

そのための１つの方法は、複数の電池ブロックを並列接続する充放電メインバスに対し、各電池ブロックとの間に保護抵抗を直列に接続し、その保護抵抗に対しスイッチを並列に配置することである。各電池ブロックの間の電圧差が大きい間はスイッチをオフとすることで、保護抵抗を介して各電池ブロックの間に電流が流れる。これによって、各電池ブロックの間に過大な電流が流れることが防止され、緩やかに各電池ブロックの間の電圧差が解消される。ある程度電圧差が小さくなったところでスイッチをオンすることで、各電池ブロックの間の電圧差を一気にゼロとすることができる。

この方法で各電池ブロックの間の電圧差を解消した後は、保護抵抗を介さずに各電池ブロックが接続されるので、通常は各電池ブロック間で電圧のバランスは保持され、電圧差が生じることはない。

ところが、何らかの原因で、各電池ブロック間の電圧差が大きくなり、スイッチがオフする場合がある。例えば、スイッチがオン状態で電流が流れ続けると、スイッチが発熱し温度が上昇する。それに伴い、スイッチの内部抵抗が上昇する。通常は各電池ブロックのスイッチの内部抵抗は同じように変化するが、スイッチのわずかな品質のばらつきや放熱性の差に起因し、１つのスイッチだけが他よりも温度上昇が大きくなると、内部抵抗の増加も他よりも大きくなり、より一層発熱が激しくなって、温度差が拡大し、大きな電圧差が生じる。これにより、並列接続されていた複数の電池ブロックの中で、並列接続から外れた電池ブロックが出る。

並列接続から外れることを解列と呼ぶことにすると、解列した電池ブロックには充放電電流がほとんど流れない。その他の電池ブロックには充放電電流が流れるので、解列した電池ブロックと、その他の電池ブロックとの間の電圧差が次第に拡大する。このままでは、この電圧差を解消することは困難である。解列が続くと、その電池ブロックは充放電に寄与しないので、蓄電池集合体全体としての充放電能力が低下し、十分な動作が果たせなくなる。

本発明の目的は、複数の電池ブロックが並列接続された後に、その中の１つの電池ブロックが並列接続から外れる解列が生じたときに、解列を適切に解消することができる蓄電池集合体の充放電制御システムを提供することである。

本発明に係る蓄電池集合体の充放電制御システムは、バスラインに互いに並列配置されて充放電する複数の電池ブロックと、複数の電池ブロックのそれぞれに対応して、バスラインとの間に接続配置される複数の抵抗素子と、複数の電池ブロックのそれぞれに対応して、バスラインとの間に抵抗素子と並列に接続され、所定の条件の下で、複数の電池ブロックの間の電圧差が縮小するとオンし、複数の電池ブロックの間の電圧差が拡大するとオフする複数のスイッチと、複数のスイッチがすべてオンの状態から、複数のスイッチの中の１つがオフとなった場合に、バスラインを介して送受される充放電電力を予め定めた絞り込み基準に従って絞り込む処理を行う制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の電池ブロックが並列接続された後に、その中の１つの電池ブロックが並列接続から外れる解列が生じたときに、解列を適切に解消することができる。

本発明に係る実施の形態の蓄電池集合体の充放電制御システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の蓄電池集合体の充放電制御システムにおいて、並列接続される複数の電池ブロックの中の１つが並列接続から外れたときの解列の問題を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、解列解消の手順を示すフローチャートである。 図３のフローチャートにおいて、解列が生じたときを示す図である。 図３のフローチャートにおいて、充放電電力を絞り込んだときを示す図である。 図３のフローチャートにおいて、解列が解消するときを示す図である。 図３のフローチャートにおいて、解列解消後の様子を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、蓄電池としてリチウムイオン電池を説明するが、これ以外の蓄電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。以下では、５つの蓄電池を直列接続した電池ブロックをさらに４つ並列接続して構成される蓄電池集合体を述べるが、これは説明のため例示である。電池ブロック、蓄電池集合体とするのは、負荷の必要電力に対応するための電圧と電流とを得るためであるので、蓄電池集合体を構成する電池ブロックの数、電池ブロックを構成する蓄電池の数等は、蓄電池集合体充放電制御システムの仕様に応じ適宜なものとできる。場合によっては、以下で説明する蓄電池集合体をさらに複数組み合わせた蓄電池集合体システムとしてもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、蓄電池集合体の充放電制御システム１０の構成を示す図である。蓄電池集合体の充放電制御システム１０は、複数の蓄電池３４を組み合わせた蓄電池集合体３０と、電源部１２と、負荷部１４との間の電力管理を通して、蓄電池集合体３０の最適な充放電制御を行うシステムである。ここでは、特に、互いに並列に接続された複数の電池ブロック３２の中の１つが並列接続から外れる解列が生じても、各電池ブロック３２の間の電圧差を解消する制御を行う機能を有する。

電源部１２は、外部商用電源、太陽光発電システム等を含む。外部商用電源は、単相または三相の交流電力源であり、例えば外部の電力会社から供給される。太陽光発電システムは、太陽光エネルギを直流電力に変換する光電変換システムである。負荷部１４は、工場の負荷であり、機械設備の他、一般照明、一般空調、厨房器具、サーバやＰＣ等の事務機器、工場内空調等を含む。

電力変換器１６は、充放電制御装置５２の充放電指令の下で、電源部１２からの充電電力を蓄電池集合体３０へ供給し、あるいは、蓄電池集合体３０からの放電電力を負荷部１４へ供給する機能を有する。具体的には、充放電指令に基づいて、電源部１２の交流電力を蓄電池３４の直流電力へ電力変換し、または電源部１２の直流電力の電圧を蓄電池３４に適した電圧へ電圧変換し、あるいは蓄電池３４の電圧と負荷部１４に適した電圧へ電圧変換を行う。電力変換器１６は、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ等のコンバータで、実際に行われる変換の内容に応じて、用いられるコンバータの種類が選択される。

充放電メインバス１８は、電力変換器１６と蓄電池集合体３０を接続し、電力を送受するバスラインである。蓄電池集合体３０は、スイッチ部２０を介して充放電メインバス１８に接続される。スイッチ部２０は、サブコントローラ５４によって制御される。このように、蓄電池集合体３０には、スイッチ部２０とサブコントローラ５４が付属するので、例えば、これらを１つのラックにまとめて用いられる。

蓄電池集合体３０は、予め定められた個数の蓄電池３４を直列接続した電池ブロック３２を蓄電池制御単位として、この蓄電池制御単位を予め定めた列数で並列に接続して構成される。図１の例では、５つの蓄電池３４を直列接続して１つの電池ブロック３２を形成し、その電池ブロック３２を４列並列接続して、蓄電池集合体３０が構成されている。４つの電池ブロック３２の列を区別して、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４として示した。すなわち、蓄電池集合体３０は、２０の蓄電池３４から構成されることになる。なお、１つの蓄電池３４は、３００のセルと呼ばれる単位蓄電池から構成される。各単位蓄電池は、端子電圧が１Ｖから４Ｖのリチウムイオン電池である。なお、蓄電池集合体３０の構成は、上記説明に限らず、例えば、蓄電池３４を一つの単位電池で構成してもよく、電池ブロック３２を一つの蓄電池３４で構成してもよい。

電池ブロック３２を構成する５つの蓄電池３４のそれぞれの端子間電圧は、図示されていない電圧検出器によって検出される。５つの蓄電池３４の各端子間電圧を合計した値は、電池ブロック３２としての端子間電圧である。電池ブロック３２の端子間電圧は、電池ブロック３２の充放電端子の電圧である。図１では、４つの電池ブロック３２のそれぞれの端子間電圧が、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４として示されている。また、蓄電池３４の温度は、蓄電池温度として、図示されていない温度検出器によって検出される。また、各電池ブロック３２に流れる電流は、電池ブロック電流として、図示されていない電流検出器によって検出される。これらのデータは、サブコントローラ５４を介して、充放電制御装置５２に伝送される。

スイッチ部２０は、蓄電池集合体３０と、充放電メインバス１８との間に配置される回路基板で、複数の保護抵抗２２，２６、複数のスイッチ２４，２８を含む。

保護抵抗２２は、蓄電池集合体３０において４つ並列接続される電池ブロック３２の間の電圧差を少なくするために設けられる抵抗素子である。図１では、各電池ブロック３２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が示されているが、電池ブロック３２の間の電圧差とは、これら４つの電圧の間の差である。保護抵抗２２は、４つの電池ブロック３２の間に電圧差があるときに、その電圧差に応じた電流が流れることで、各電池ブロック３２の間の電圧差を少なくするために、各電池ブロック３２の間に設けられる抵抗素子である。図１の例では、各電池ブロック３２の充放電端子と充放電メインバス１８の間にそれぞれ直列に保護抵抗２２が配置されている。

４つの保護抵抗２２のそれぞれの一方端は、対応する電池ブロック３２の充放電端子に接続されるが、それぞれの他方端は集められて、スイッチ２８と保護抵抗２６を介して充放電メインバス１８に接続される。スイッチ２８は特別な場合にオフとされる緊急時スイッチで、通常はオン状態である。保護抵抗２６は、保護抵抗２２よりも大きな抵抗値に設定される。保護抵抗２６は、主として、充放電メインバス１８に複数の蓄電池集合体３０が接続されている構成の場合に、他の蓄電池集合体３０あるいは充放電メインバス１８との間の電圧差があるときに、その電圧差を緩やかに解消するために設けられるものである。このように保護抵抗２６の抵抗値を設定することで、４つの電池ブロック３２の間に電圧差があるときは、保護抵抗２６を通って電流が流れるよりも、保護抵抗２２を通って電流が流れやすいので、電圧差を解消するための電流はほとんどが保護抵抗２２を流れることになる。

スイッチ２４は、電池ブロック３２の間の電圧差が予め定めた閾値電圧差以下になったときに、その電池ブロック３２を充放電メインバス１８に直接的に接続するための素子である。逆に、電池ブロック３２の間の電圧差が閾値電圧差を超えると、スイッチ２４はオフする。かかるスイッチ２４としては、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることができる。スイッチ２４は、各電池ブロック３２の充放電端子と充放電メインバス１８との間にそれぞれ１つずつ設けられる。場合によっては、充電と放電とを区別して、１つの電池ブロック３２に対して２つずつスイッチを設けるものとしてもよい。閾値電圧差としては、例えば２Ｖから４Ｖの間の値とすることができる。

このように、蓄電池集合体３０においては、各電池ブロック３２を蓄電池制御単位として、保護抵抗２２の機能を用いてそれぞれの電池ブロック３２の充放電端子の電圧を揃え、閾値電圧差に収まったところでその電池ブロック３２についてのスイッチ２４をオンにする制御が行われる。

サブコントローラ５４は、蓄電池集合体３０を構成する４つの電池ブロック３２の電池ブロック電流データと、各電池ブロック３２を構成する５つの蓄電池３４の端子間電圧と、蓄電池温度データを取得し、適当な伝送タイミングで、充放電制御装置５２に伝送する機能を有する。また、各電池ブロック３２を構成する５つの蓄電池３４の端子間電圧から、各電池ブロック３２の端子間電圧を算出して監視する機能を有する。

サブコントローラ５４は、さらに、スイッチ部２０のスイッチ２４の動作を制御する機能を有する。すなわち、上記のように、保護抵抗２２の作用によって、各電池ブロック３２の間の電圧差が縮小して、予め定められた閾値電圧差以下となるときに、電圧の高い電池ブロック３２から順に、該当するスイッチ２４をオンさせる。なお、各電池ブロック３２の間の電圧差が拡大して閾値電圧差を超えると、該当するスイッチ２４はオフする。

サブコントローラ５４によるスイッチ２４のオンによって、該当する電池ブロック３２は、保護抵抗２２を介さずに、充放電メインバス１８に直接的に接続され、充放電メインバス１８の電圧に一気になる。つまり、その電池ブロック３２の充放電端子と、充放電メインバス１８との間の電圧差はなくなる。これによって、その電池ブロック３２は、充放電メインバス１８を介して、電力変換器１６の充放電に寄与することができるようになる。すべてのスイッチ２４がオンとなると、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４となり、すべての電池ブロック３２が充放電に寄与することになる。

図１におけるシステムコントローラ５０は、蓄電池集合体の充放電制御システム１０において、蓄電池集合体３０の最適な充放電制御を行うため、電源部１２の供給電力情報データと、負荷部１４の負荷電力情報データと、蓄電池集合体３０の蓄電池電力情報データとに基づいて、これらの電力管理全体に対する１つの充放電制御指令である全体充放電指令を生成する。全体充放電制御指令は、例えば「ＸＸ（ｋＷ）でＹＹ（秒間）充電すること」、「電圧がＺＺ（Ｖ）になるまでＸＸ（ｋＷ）充電すること」等の指令である。

充放電制御装置５２は、システムコントローラ５０から受け取った１つの全体充放電制御指令に基づいて、電力変換器１６に集合体充放電制御指令を送信する機能を有する。また、互いに並列に接続された複数の電池ブロック３２の中の１つが並列接続から外れる解列が生じたときに、各電池ブロック３２の間の電圧差を解消する制御を行う機能を有する。図１では、４つある電池ブロック３２の中でＬ４の列の電池ブロック３２に接続されるスイッチ２５がオフし、その他のスイッチ２４がオンしていることで、Ｌ４の電池ブロック３２が並列接続から外れ、解列が生じていることが示されている。

充放電制御装置５２は、コンピュータで構成することができる。もちろん、個別の制御回路を組み合わせて構成してもよい。

充放電制御装置５２は、複数の電池ブロック３２の中の１つが解列となったときに、充放電電力を絞り込む充放電電力絞り込み処理部５６と、充放電電力絞り込みによって、解列が解消したときに、充放電電力を復帰させる充放電電力復帰処理部５８を含んで構成される。これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、解列解消プログラムを実行することで、これらの機能を実現できる。なお、これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

上記構成の作用を図２から図７を用いて詳細に説明する。以下では、定電力充電中に解列が生じたものとして説明するが、これは、説明のための１例であって、勿論、定電力以外の充電であってもよく、また放電中に解列が生じた場合でもよい。また、以下では、解列が４つの電池ブロック３２のうち、１つに生じたものとして説明するが、２つ以上に生じたとしてもよい。

図２は、定電力充電の途中で、４つの電池ブロック３２の中の１つに解列が生じたときを示す図である。図２の横軸は時間、縦軸は、電池ブロック３２の端子間電圧である。ここで、解列とは、４つの電池ブロック３２の間の電圧差が解消して、各電池ブロック３２と充放電メインバス１８との間のスイッチ２４がすべてオンとなり、４つの電池ブロック３２が相互に並列接続された後に、１つの電池ブロック３２が並列接続から外れることである。

解列が生じる理由の１つは、何らかの原因で、各電池ブロック間の電圧差が大きくなり、スイッチがオフする場合である。電圧差が大きくなる例として、スイッチがオン状態で電流が流れ続ける場合がある。スイッチに電流が流れ続けるとスイッチが発熱し温度が上昇し、スイッチの内部抵抗が上昇する。スイッチの品質のばらつき等のため、１つのスイッチだけが他よりも温度上昇が大きくなると、内部抵抗の増加も他よりも大きくなり、より一層発熱が激しくなって、温度差が拡大し、大きな電圧差が生じる。これにより、並列接続されていた複数の電池ブロックの中で、並列接続から外れる電池ブロックが出て、解列が生じる。図１では、Ｌ４として示されている電池ブロック３２に接続されるスイッチ２５がオフしていることが示されている。

図２では、充放電メインバス１８の電圧をＶ_B、Ｌ１からＬ４の電池ブロック３２の端子間電圧をＶ１からＶ４で示してある。定常的な充放電状態では、４つの電池ブロック３２のそれぞれのスイッチ２４がオンしているので、Ｖ１からＶ４は、ほとんど電圧差がなく、実質的に同じ電圧である。ここでは、定電力充電によって、Ｖ_Bが時間経過とともに増加し、Ｖ１からＶ４もそれにつれて、時間経過とともに増大する。

ここで、時間ｔ₁において、スイッチ２５がオフし、これにより、図１でＬ４として示される電池ブロック３２が並列接続から外れて解列する。この場合は、保護抵抗２２を介して充放電メインバス１８と接続されるので、スイッチ２５に対応する電池ブロック３２には電流がほとんど流れなくなり、Ｖ４は低い値となる。

解列発生は、サブコントローラ５４によって検出され、充放電制御装置５２に伝送される。充放電制御装置５２は、４列の電池ブロック３２から３列の電池ブロック３２となったことに応じて、全体の充電電力を３／４に低下させる指示を電力変換器１６に指示する。この指示においては、スイッチ２４がオンのままの３つの電池ブロック３２のそれぞれに対する充放電電力の値は同じに維持されている。したがって、解列された電池ブロック３２以外の３つの電池ブロック３２は、同じ定電力充電が継続し、端子間電圧Ｖ１からＶ３は上昇を続ける。

したがって、解列した電池ブロック３２の端子間電圧Ｖ４と、その他の電池ブロック３２の端子間電圧Ｖ１からＶ３との間の電圧差は、このままでは、時間経過とともにさらに増大を続けることになる。このように、定電力充電が継続するにもかかわらず、４つの電池ブロック３２の間の電圧差が解消せず、かえって、電圧差が増大し続ける。したがって、解列が継続し、蓄電池集合体３０としては、４つの電池ブロック３２のうち、３つの電池ブロック３２しか充放電寄与できなくなる。これが解列が生じたことによる問題である。

図３は、解列が生じたときに、解列を解消する手順を示すフローチャートである。各手順は、解列解消プログラムの処理手順にそれぞれ対応する。最初に各電池ブロック３２の間に電圧差が生じても、保護抵抗２２の作用で、電圧差が次第に小さくなり、閾値電圧差以下となるとスイッチ２４がオンする。この手順が繰り返されて、４つのスイッチ２４がすべてオンとなる（Ｓ１０）。このように、すべてのスイッチ２４がオンするのを待って、定常的な充放電制御状態がスタートする（Ｓ１２）。

そして、各電池ブロック３２の間の電圧差の最大値ΔＶ_MAXが閾値電圧差ΔＶ_thを超えるか否かが判断される（Ｓ１４）。上記のように、スイッチ２４がオンし続けることで、スイッチ２４の内部抵抗が増大し、それによってＳ１４の判断が肯定されると、該当スイッチ２５がオフして、解列が発生する（Ｓ１６）。図４は、そのときを示す図である。図４の縦軸、横軸は図２と同じである。ここでは、時間ｔ₁において、Ｌ４の電池ブロック３２の端子間電圧Ｖ４が他の電池ブロック３２の端子間電圧から離れ、各電池ブロック３２の間の電圧差の最大値ΔＶ_MAXが閾値電圧差ΔＶ_thを超えて、Ｓ１６の判断が肯定され、解列が発生したことが示されている。

なお、図４では、充放電メインバス１８と各電池ブロック３２の動作を区別するため、充放電メインバス１８の電圧を示す線と、Ｖ１からＶ３の電圧を示す線を分けて示したが、スイッチ２４がオンしているときは、その電池ブロック３２の端子間電圧は充放電メインバス１８の電圧とほぼ同じである。

解列が生じると、スイッチ２５には電流が流れなくなり、内部抵抗に電流が流れることで生じた発熱が止まり、温度は低下に転じる。一方、電圧Ｖ４は、電池の内部抵抗に電流がかかることによって生じていた分の電池内部での電位差がなくなることと、電池内部での安定化作用のため、ｔ₁時点よりもさらに下がるので、充放電メインバス１８および他の電池ブロック３２との電圧差はさらに拡大する。反面、いままで４列の電池ブロック３２で充放電に寄与していたのが３列の電池ブロックで充放電を負担することになる。解列を解除するには、Ｖ４との電圧差が閾値以内に収まるように、他の電池ブロック３２の電圧を下げる必要がある。

そこで、解列が生じると、充放電電力の絞り込みが行われる（Ｓ１８）。この処理手順は、充放電制御装置５２の充放電電力絞り込み処理部５６の機能によって実行される。絞り込み処理は、予め定めた絞り込み基準に従って行われる。絞り込み基準としては、適当な時間内に、他の電池ブロック３２の端子間電圧Ｖ１からＶ３がｔ₁時点よりも下がるように、電流を抑制する。場合によっては電流を止めることとしてもよい。具体的には、充放電メインバス１８の電圧Ｖ_Bを低下させて定電圧充電電流を低減させる。Ｖ_Bの低下量は、例えばΔＶ_thを目安とすることができる。

図５は、充放電電力が絞り込まれたときの図で、横軸、縦軸等は、図４と同じである。ここでは、時間ｔ₂で充放電メインバス１８の電圧Ｖ_Bが引き下げられ、これに伴い、Ｖ１からＶ３も低下し、定充電電力が絞られている。

この時点で、ΔＶ_MAXとΔＶ_thを比較すると、場合によっては、ΔＶ_MAXがΔＶ_th以下となることが考えられる。しかし、そこでスイッチ２５をオンすると、スイッチ２５はまだ十分に冷却されていない等の場合には、スイッチ２５をオンにした段階で、ΔＶ_MAXがΔＶ_thを超すことが起こる。すなわち、時間ｔ₂の直後でΔＶ_MAXとΔＶ_thを比較すると、スイッチ２５のチャタリングを引き起こす恐れがある。このチャタリングを防止する１つの方法は、上記のように、電流を一時的に止めることである。もう１つの方法は、予め、ΔＶ_MAXとΔＶ_thを比較するタイミングをｔ₂からずらすことである。以下では、後者の方法を取るものとして説明を続ける。

なお、さらに別の方法として、解列の解除をする際の復帰閾値電圧差ΔＶ_th2を設け、ΔＶ_th2をΔＶ_thより小さな値とすることができる。すなわち、複数の電池ブロック３２の間の電圧差が縮小して、閾値電圧差ΔＶ_thよりも小さな値として予め定めた復帰閾値電圧差ΔＶ_th2以下となったときに、絞り込み処理を停止して、解列によってオフとなったスイッチ２５を再びオンとする。この方法によれば、電圧差が十分小さくなるまで絞り込んで解列を解除するものとでき、解列が解除してもその状態から容易にはΔＶ_thを超えないので、チャタリングを生じないようにできる。

図３に戻って、絞り込み処理が行われると、予め定めた期間経過後から、各電池ブロック３２の間の電圧差の最大値ΔＶ_MAXが閾値電圧差ΔＶ_th以下であるか否かが判断される（Ｓ２０）。判断が否定されると、Ｓ１８に戻り、さらに絞り込み量を増やす。判断が肯定されるときは、スイッチ２５がオフ状態からオン状態となり、解列が解消される（Ｓ２２）。図６は、時間ｔ₃においてＳ２０の判断が肯定されたことを示す図である。図６の横軸、縦軸等は、図２、図４、図５と同じである。

図３に戻り、解列が解消すると、充放電電力の復帰が行われる（Ｓ２４）。この工程は、充放電制御装置５２の充放電電力復帰処理部５８の機能によって実行される。充放電電力の復帰処理は、予め定めた復帰基準に従って行われる。復帰基準は、簡単には解列に再び戻ることがないように定めることができる。すなわち、スイッチ２４，２５の温度が急上昇しないように、例えば、徐々に充放電電力を増加して、もともとの充放電電力に戻すものとできる。図７は、時間ｔ₃において、Ｖ４がＶ１からＶ３と同じとなって解列が解消したこと、その後は充放電電力を徐々に上げてゆく様子が示されている。

このように、解列が生じたときは、充放電電力の絞り込み処理を行うことで、オフされたスイッチ２５が適当に冷却されたタイミングで解列を解消させることができる。解列解消によって、再び４つの電池ブロック３２の全部を充放電に寄与させることができ、蓄電池集合体３０の充放電を適切に制御できる。

なお、上記では、解列がスイッチ２４の温度上昇によって生じる場合の解列解消について述べたが、場合によっては、それ以外の理由で解列が生じることがある。その場合には、図３の手順を実行しても解列は解除しない。したがって、図３の手順で、Ｓ２０で否定的判断がされた場合に、警報を出力するものとしてもよい。

以上説明した本発明の実施形態によれば、蓄電池集合体制御システムは、バスラインに互いに並列配置される複数の電池ブロックと、複数の電池ブロックのそれぞれに対応して、バスラインとの間に並列配置される抵抗素子と、抵抗素子に並列接続されるスイッチとを備える。そして、複数のスイッチがすべてオンの状態から、複数のスイッチの中の１つがオフとなった場合に、バスラインを介して送受される充放電電力を予め定めた基準に従って絞り込む処理を行う。充放電電力を絞り込むことで、解列した電池ブロックと、その他の電池ブロックとの間の電圧差の拡大が抑制できる。一方で、オフしたスイッチには電流が流れないので温度が低下する。したがって、適当な時間経過後に、解列した電池ブロックとその他の電池ブロックとの間の電圧差が縮小し、解列が解消する。これによって、すべての電池ブロックが充放電に再び寄与することができるようになる。

本発明に係る蓄電池集合体の充放電制御システムは、複数の蓄電池を並列接続する蓄電池集合体の充放電制御に利用できる。

１０ 蓄電池集合体の充放電制御システム、１２ 電源部、１４ 負荷部、１６ 電力変換器、１８ 充放電メインバス（バスライン）、２０ スイッチ部、２２，２６ 保護抵抗（抵抗素子）、２４，２５，２８ スイッチ、３０ 蓄電池集合体、３２ 電池ブロック、３４ 蓄電池、５０ システムコントローラ、５２ 充放電制御装置、５４ サブコントローラ、５６ 充放電電力絞り込み処理部、５８ 充放電電力復帰処理部。

Claims (6)

1. バスラインに互いに並列配置されて充放電する複数の電池ブロックと、
   前記複数の電池ブロックのそれぞれに対応して、前記バスラインとの間に接続配置される複数の抵抗素子と、
   前記複数の電池ブロックのそれぞれに対応して、前記バスラインとの間に前記抵抗素子と並列に接続され、所定の条件の下で、前記複数の電池ブロックの間の電圧差が縮小するとオンし、前記複数の電池ブロックの間の電圧差が拡大するとオフする複数のスイッチと、
   前記複数のスイッチがすべてオンの状態から、前記複数のスイッチの中の１つがオフとなった場合に、前記バスラインを介して送受される充放電電力を予め定めた絞り込み基準に従って絞り込む処理を行う制御部と、
   を備えることを特徴とする蓄電池集合体の充放電制御システム。
2. 請求項１に記載の蓄電池集合体の充放電制御システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記絞りこみ処理の後に、前記複数の電池ブロックの間の電圧差が縮小して前記オフとなった前記スイッチが再びオンしたときに、予め定めた復帰基準に従って前記充放電電力を元に戻す復帰処理を行うことを特徴とする蓄電池集合体の充放電制御システム。
3. 請求項２に記載の蓄電池集合体の充放電制御システムにおいて、
   前記複数のスイッチは、
   前記所定の条件として、
   前記複数の電池ブロックの間の電圧差が、予め定めた閾値電圧差以下となるときに予め定めた順序に従って順次にオンし、前記閾値電圧差を超えるときにオフすることを特徴とする蓄電池集合体の充放電制御システム。
4. 請求項３に記載の蓄電池集合体の充放電制御システムにおいて、
   前記複数の電池ブロックの間の電圧差が縮小して、前記閾値電圧差よりも小さな値として予め定めた復帰閾値電圧差以下となったときに、絞り込み処理を停止して、前記オフとなった前記スイッチを再びオンとすることを特徴とする蓄電池集合体の充放電制御システム。
5. バスラインに互いに並列配置されて充放電する複数の電池ブロックと、
   前記複数の電池ブロックのそれぞれに対応して、前記バスラインとの間に接続配置され る複数の抵抗素子と、
   前記複数の電池ブロックのそれぞれに対応して、前記バスラインとの間に前記抵抗素子 と並列に接続され、所定の条件の下で、前記複数の電池ブロックの間の電圧差が縮小する とオンし、前記複数の電池ブロックの間の電圧差が拡大するとオフする複数のスイッチと 、
   前記複数のスイッチがすべてオンの状態から、前記複数のスイッチの中の１つがオフと なった場合に、前記バスラインを介して送受される充放電電力を予め定めた絞り込み基準 に従って絞り込む処理を行う制御部と、
   を備え、
   前記複数の抵抗素子のそれぞれの一方端は対応する電池ブロックに接続され、前記複数 の抵抗素子の他方端はスイッチを介することなく互いに接続されていることを特徴とする 蓄電池集合体の充放電制御システム。
6. バスラインに互いに並列配置されて充放電する複数の電池ブロックと、
   前記複数の電池ブロックのそれぞれに対応して、前記バスラインとの間に接続配置され る複数の抵抗素子と、
   前記複数の電池ブロックのそれぞれに対応して、前記バスラインとの間に前記抵抗素子 と並列に接続され、所定の条件の下で、前記複数の電池ブロックの間の電圧差が縮小する とオンし、前記複数の電池ブロックの間の電圧差が拡大するとオフする複数のスイッチと 、を備え、
   前記複数の抵抗素子のそれぞれの一方端は対応する電池ブロックに接続され、前記複数 の抵抗素子の他方端はスイッチを介することなく互いに接続されていることを特徴とする 蓄電池集合体の充放電制御システム。

Images