(57)【要約】【課題】より汎用性の高い電池ユニット、蓄電システム、及び電池ユニットの充放電方法を提供する。【解決手段】電圧調整部は、入出力端側の一端、及び二次電池側の他端を接続する電流経路と、電流経路の迂回経路と、迂回経路に設けられ、二次電池の充電、又は放電に応じて、入力された電力を二次電池に対応する所定の電圧、又は外部機器に対応する所定の電圧に変更可能なコンバータと、二次電池の充電、又は放電に応じて、電流経路、又は前記迂回経路のうちの使用する経路を選択する経路選択部と、を有する。【選択図】図１
2020054106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能、かつ脱着可能な二次電池と、
外部電源、又は外部機器に接続される入出力端と、
前記入出力端を介して前記外部電源から供給された電力を前記二次電池へ入力するための充電経路と、
前記二次電池に蓄積された電力を、前記入出力端を介して前記外部機器へ出力するための放電経路と、
前記充電経路及び前記放電経路に設けられ、前記外部電源の充電電圧を前記二次電池に対応する所定の電圧に調整して前記入出力端を介して入力された電力を出力する、又は前記二次電池の出力電圧を前記外部機器に対応する所定の電圧に調整して前記二次電池から入力された電力を、前記入出力端を介して前記外部機器へ出力する電圧調整部と、
前記二次電池の充電、又は放電に応じて、前記電圧調整部の動作を制御する制御部と、を具備し、
前記充電経路、及び前記放電経路は、共通の回路配線により構成され、
前記電圧調整部は、前記入出力端側の一端、及び前記二次電池側の他端を接続する電流経路と、前記電流経路の迂回経路と、前記迂回経路に設けられ、前記二次電池の充電、又は放電に応じて、入力された電力を前記二次電池に対応する所定の電圧、又は前記外部機器に対応する所定の電圧に変更可能なコンバータと、前記二次電池の充電、又は放電に応じて、前記電流経路、又は前記迂回経路のうちの使用する経路を選択する経路選択部と、を有する請求項１に記載の電池ユニット。
【請求項２】
前記経路選択部は、前記迂回経路に設けられ、前記入出力端側にアノードが接続され、前記二次電池側にカソードが接続される第１ダイオードと、前記電流経路、及び前記迂回経路の分岐点及び合流点の間の前記電流経路に設けられ、前記二次電池側にアノードが接続され、前記入出力端側にカソードが接続される第２ダイオードと、前記電流経路、及び前記迂回経路の分岐点及び合流点の間の前記電流経路に設けられるスイッチング素子とにより構成され、
前記制御部は、前記二次電池の充電、又は放電に応じて、前記スイッチング素子のオンオフを制御する、請求項１に記載の電池ユニット。
【請求項３】
前記経路選択部は、前記迂回経路に設けられる第１スイッチング素子と、前記電流経路に設けられる第２スイッチング素子とにより構成され、
前記制御部は、前記二次電池の充電、又は放電に応じて、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子のオンオフを制御する、請求項１に記載の電池ユニット。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池ユニットと、
前記電池ユニット、又は前記外部機器のうちの少なくとも一つに電力を供給するための充電電源と、を具備する、蓄電システム。
【請求項５】
充放電可能、かつ脱着可能な二次電池の充放電方法において、
前記二次電池を充電するための電力を供給する外部電源の充電電圧を前記二次電池に対応する所定の電圧に調整して前記外部電源から前記二次電池へ入力された電力を出力し、
前記二次電池の出力電圧を外部機器に対応する所定の電圧に調整して前記二次電池から前記外部機器へ出力される電力を出力する、電池ユニットの充放電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池ユニット、蓄電システム、及び電池ユニットの充放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記特許文献１に開示されるように、安価な鉛電池用の充電電源を使用して、ニカド電池やニッケル水素電池等の二次電池を充電可能なパック電池が知られている。上記パック電池では、上記充電電源から供給された充電電圧を昇圧して、ニカド電池やニッケル水素電池に対応する充電電圧に変換することで、変換した充電電圧により二次電池を充電することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８８５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記パック電池は、上記充電電源から供給された充電電圧を昇圧して、上記二次電池を充電することを前提とするものであるため、単に上記充電電源から供給された電力により上記二次電池を充電することができない。また、上記パック電池において、放電端子から出力される出力電圧が決まっているため、当該出力電圧に対応していない機器を接続することはできない。さらに、上記パック電池において、充電端子、及び放電端子が別体で設けられているため、部品点数の増加を招くという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、従来の電池ユニットと比較して、より汎用性の高い電池ユニット、蓄電システム、及び電池ユニットの充放電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することができる。
【０００７】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様に係る電池ユニットは、充放電可能、かつ脱着可能な二次電池と、外部電源、又は外部機器に接続される入出力端と、前記入出力端を介して前記外部電源から供給された電力を前記二次電池へ入力するための充電経路と、前記二次電池に蓄積された電力を、前記入出力端を介して前記外部機器へ出力するための放電経路と、前記充電経路及び前記放電経路に設けられ、前記外部電源の充電電圧を前記二次電池に対応する所定の電圧に調整して前記入出力端を介して入力された電力を出力する、又は前記二次電池の出力電圧を前記外部機器に対応する所定の電圧に調整して前記二次電池から入力された電力を、前記入出力端を介して前記外部機器へ出力する電圧調整部と、前記二次電池の充電、又は放電に応じて、前記電圧調整部の動作を制御する制御部と、を具備し、前記充電経路、及び前記放電経路は、共通の回路配線により構成され、前記電圧調整部は、前記入出力端側の一端、及び前記二次電池側の他端を接続する電流経路と、前記電流経路の迂回経路と、前記迂回経路に設けられ、前記二次電池の充電、又は放電に応じて、入力された電力を前記二次電池に対応する所定の電圧、又は前記外部機器に対応する所定の電圧に変更可能なコンバータと、前記二次電池の充電、又は放電に応じて、前記電流経路、又は前記迂回経路のうちの使用する経路を選択する経路選択部と、を有する。
【０００８】
上記構成によれば、本発明の第１の態様に係る電池ユニットは、二次電池に対応する充電電圧により当該二次電池を充電することができる。また、本発明の第１の態様に係る電池ユニットは、外部機器に対応する出力電圧により当該二次電池に蓄積された電力を外部機器へ出力することができる。また、本発明の第１の態様に係る電池ユニットにおいて、上記充電経路、及び放電経路が共通の回路配線により構成されるため、部品点数の増加を防ぎつつ、回路を簡略化することができる。かくして、本発明の第１の態様に係る電池ユニットは、従来の電池ユニットと比較して、より汎用性が高い。
【０００９】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様に係る電池ユニットの前記経路選択部は、上記第１の態様に係る電池ユニットにおいて、前記迂回経路に設けられ、前記入出力端側にアノードが接続され、前記二次電池側にカソードが接続される第１ダイオードと、前記電流経路、及び前記迂回経路の分岐点及び合流点の間の前記電流経路に設けられ、前記二次電池側にアノードが接続され、前記入出力端側にカソードが接続される第２ダイオードと、前記電流経路、及び前記迂回経路の分岐点及び合流点の間の前記電流経路に設けられるスイッチング素子とにより構成され、前記制御部は、前記二次電池の充電、又は放電に応じて、前記スイッチング素子のオンオフを制御する。
【００１０】
上記構成によれば、本発明の第２の態様に係る電池ユニットは、二次電池に対応する充電電圧により当該二次電池を充電することができる。また、本発明の第２の態様に係る電池ユニットは、外部機器に対応する出力電圧により当該二次電池に蓄積された電力を外部機器へ出力することができる。また、本発明の第２の態様に係る電池ユニットにおいて、上記充電経路、及び放電経路が共通の回路配線により構成されるため、部品点数の増加を防ぎつつ、回路を簡略化することができる。かくして、本発明の第２の態様に係る電池ユニットは、従来の電池ユニットと比較して、より汎用性が高い。
【００１１】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様に係る電池ユニットの前記経路選択部は、上記第１の態様に係る電池ユニットにおいて、前記迂回経路に設けられる第１スイッチング素子と、前記電流経路に設けられる第２スイッチング素子とにより構成され、前記制御部は、前記二次電池の充電、又は放電に応じて、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子のオンオフを制御する。
【００１２】
上記構成によれば、本発明の第３の態様に係る電池ユニットは、二次電池に対応する充電電圧により当該二次電池を充電することができる。また、本発明の第３の態様に係る電池ユニットは、外部機器に対応する出力電圧により当該二次電池に蓄積された電力を外部機器へ出力することができる。また、本発明の第３の態様に係る電池ユニットにおいて、上記充電経路、及び放電経路が共通の回路配線により構成されるため、部品点数の増加を防ぎつつ、回路を簡略化することができる。かくして、本発明の第３の態様に係る電池ユニットは、従来の電池ユニットと比較して、より汎用性が高い。
【００１３】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様に係る蓄電システムは、上記本発明の第１の態様から第３の態様のいずれかに記載の電池ユニットと、前記電池ユニット、又は前記外部機器のうちの少なくとも一つに電力を供給するための充電電源と、を具備する。
【００１４】
上記構成によれば、本発明の第４の態様に係る蓄電システムは、二次電池に対応する充電電圧により当該二次電池を充電することができる。また、本発明の第４の態様に係る蓄電システムは、外部機器に対応する出力電圧により当該二次電池に蓄積された電力を外部機器へ出力することができる。また、本発明の第４の態様に係る蓄電システムにおいて、上記充電経路、及び放電経路が共通の回路配線により構成されるため、部品点数の増加を防ぎつつ、回路を簡略化することができる。かくして、本発明の第４の態様に係る蓄電システムは、より汎用性が高い。
【００１５】
＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様に係る二次電池の充放電方法は、充放電可能、かつ脱着可能な二次電池の充放電方法であって、前記二次電池を充電するための電力を供給する外部電源の充電電圧を前記二次電池に対応する所定の電圧に調整して前記外部電源から前記二次電池へ入力された電力を出力し、前記二次電池の出力電圧を外部機器に対応する所定の電圧に調整して前記二次電池から前記外部機器へ出力される電力を出力する。
【００１６】
上記構成によれば、本発明の第５の態様に係る二次電池の充放電方法は、二次電池に対応する充電電圧により当該二次電池を充電することができる。また、本発明の第５の態様に係る二次電池の充放電方法は、外部機器に対応する出力電圧により当該二次電池に蓄積された電力を外部機器へ出力することができる。また、本発明の第５の態様に係る二次電池の充放電方法は、において、上記充電経路、及び放電経路が共通の回路配線により構成されるため、部品点数の増加を防ぎつつ、回路を簡略化することができる。かくして、本発明の第５の態様に係る二次電池の充放電方法は、より汎用性が高い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の態様に係る電池ユニット、蓄電システム、及び電池ユニットの充放電方法は、従来と比較して、より汎用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る電池ユニットを含む蓄電システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示す電池ユニットの回路図である。
【図３】第１実施例における電圧調整部の回路図である。
【図４】第１実施例における電圧調整部において、二次電池を充電する場合の経路選択部の動作、及び充電電流の流れを示す図である。
【図５】第１実施例における電圧調整部において、二次電池から外部機器へ電力を出力する場合の経路選択部の動作、及び出力電流の流れを示す図である。
【図６】第２実施例における電圧調整部の回路図である。
【図７】第２実施例における電圧調整部において、二次電池を充電する場合の経路選択部の動作、及び充電電流の流れを示す図である。
【図８】第２実施例における電圧調整部において、電流経路を使用して二次電池から外部機器へ電力を出力する場合の経路選択部の動作、及び出力電流の流れを示す図である。
【図９】第２実施例における電圧調整部において、迂回経路を使用して二次電池から外部機器へ電力を出力する場合の経路選択部の動作、及び出力電流の流れを示す図である。
【図１０】第３実施例における電圧調整部の回路図である。
【図１１】第３実施例における電圧調整部において、電流経路を使用して二次電池を充電する場合の経路選択部の動作、及び充電電流の流れを示す図である。
【図１２】第３実施例における電圧調整部において、迂回経路を使用して二次電池を充電する場合の経路選択部の動作、及び充電電流の流れを示す図である。
【図１３】第３実施例における電圧調整部において、二次電池から外部機器へ電力を出力する場合の経路選択部の動作、及び出力電流の流れを示す図である。
【図１４】第４実施例における電圧調整部の回路図である。
【図１５】第４実施例における電圧調整部において、電流経路を使用して二次電池を充電する場合の経路選択部の動作、及び充電電流の流れを示す図である。
【図１６】第４実施例における電圧調整部において、迂回経路を使用して二次電池を充電する場合の経路選択部の動作、及び充電電流の流れを示す図である。
【図１７】第４実施例における電圧調整部において、電流経路を使用して二次電池から外部機器へ電力を出力する場合の経路選択部の動作、及び出力電流の流れを示す図である。
【図１８】第４実施例における電圧調整部において、迂回経路を使用して二次電池から外部機器へ電力を出力する場合の経路選択部の動作、及び出力電流の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係る電池ユニット、蓄電システム、及び電池ユニットの充放電方法について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る電池ユニット１０を含む蓄電システム１を示すブロック図である。本実施形態に係る蓄電システム１は、外部機器２と図示しない商用電源等の電源との間に接続され、当該外部機器２のバックアップ電源や非常用電源、無停電電源として利用される。図１に示す蓄電システム１は、例えば、電池ユニット１０、及び充電電源３を含む。
【００２１】
電池ユニット１０は、後述する充放電可能、かつ脱着可能な二次電池１１を含む。電池ユニット１０は、充電電源３から供給された電力により二次電池１１を充電する。また、電池ユニット１０は、停電時、当該二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ供給する。これにより、本実施形態に係る蓄電システム１は、停電により充電電源３から外部機器２に電力を供給できない場合であっても、外部機器２への電力供給を継続することができる。充電電源３は、電池ユニット１０、又は外部機器２に電力を供給する。充電電源３は、例えば、鉛電池、又はニッケル水素電池等の一般に知られている二次電池に対応する電源である。
【００２２】
ここで、上記電池ユニット１０の回路構成について詳しく説明する。図２は、図１に示す電池ユニット１０の回路図である。図２に示す電池ユニットは、二次電池１１、入出力端１２、電圧調整部１３、電圧検出器１４、電流検出抵抗１５、及び制御部１６を備える。二次電池１１は、例えば、鉛電池、又はニッケル水素電池等の一般に知られている二次電池である。
【００２３】
入出力端１２は、上記充電電源３に接続され、充電電源３から供給された電力を二次電池１１に入力するために用いられる。また、入出力端１２は、上記外部機器２に接続され、停電時、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器へ出力するために用いられる。
【００２４】
電圧調整部１３は、入出力端１２、及び二次電池１１の間に設けられる。例えば、電圧調整部１３の一端１３１は、入出力端１２に接続される。電圧調整部１３の他端１３２は、二次電池１１に接続される。具体的には、上記電圧調整部１３の一端１３１の正極Ｔ３は、入出力端１２の正極Ｔ１に接続される。上記電圧調整部１３の一端１３１の負極Ｔ４は、入出力端１２の負極Ｔ２に接続される。上記電圧調整部１３の他端１３２の正極Ｔ５は、二次電池１１の正極に接続される。上記電圧調整部１３の他端１３２の負極Ｔ６は、二次電池１１の負極に接続される。なお、入出力端１２の負極Ｔ２は、地絡されている。すなわち、電圧調整部１３は、入出力端１２を介して充電電源３から供給された電力を二次電池１１へ入力するための充電経路、及び二次電池１１に蓄積された電力を入出力端１２を介して外部機器２へ出力するための放電経路に設けられる。なお、上記充電経路、及び放電経路は、共通の回路配線により構成される。
【００２５】
電圧調整部１３は、上記充電電源３の充電電圧を二次電池１１に対応する所定の電圧に調整して上記入出力端１２を介して充電電源３から入力された電力を出力する。また、電圧調整部１３は、二次電池１１の出力電圧を外部機器２に対応する所定の電圧に調整して二次電池１１から入力された電力を、入出力端１２を介して外部機器２へ出力する。なお、電圧調整部１３の内部構成については、図面を参照しながら後ほど説明する。
【００２６】
電圧検出器１４は、電池ユニット１０に入力された入力電圧（充電電圧）、及び二次電池１１から出力される出力電圧を検出する。電圧検出器１４は、検出した入力電圧、及び出力電圧に関する情報を後述する制御部１６へ送信する。電流検出抵抗１５は、電池ユニット１０に入力された入力電流（充電電流）、及び二次電池１１から出力される出力電流を検出する。電流検出抵抗１５は、検出した入力電流、及び出力電流に関する情報を後述する制御部１６へ送信する。
【００２７】
制御部１６は、ハードウェア資源として、所定のプロセッサを含む。例えば、制御部１６は、二次電池１１の充電、又は放電に応じて、電圧調整部１３の動作を制御する。また、制御部１６は、電圧検出器１４から受信した入力電圧に関する情報、及び電流検出抵抗１５から受信した入力電流に関する情報に基づいて、充電電源３が平常運転しているか否かを判定する。また、制御部１６は、電圧検出器１４から受信した出力電圧に関する情報、及び電流検出抵抗１５から受信した出力電流に関する情報に基づいて、充電電源３が復旧したか否かを判定する。また、制御部１６は、二次電池１１に設置される温度検出器（図示せず）からの温度に関する情報に基づいて、二次電池１１の充電状態、及び劣化度合いを判定する。
【００２８】
ここで、上記電圧調整部１３の具体的な回路構成、後述する経路選択部１７の動作、並びに充電時及び放電時における電流の流れについて、図３〜図１８を参照して説明する。なお、図面が煩雑になることを防ぐため、後述する経路選択部１７の動作、並びに充電時及び放電時における電流の流れを説明する図面において、電圧検出器１４、電流検出抵抗１５、及び制御部１６を省略することとする。
【００２９】
（第１実施例）
図３は、第１実施例における電圧調整部１３の回路図である。第１実施例における電圧調整部１３は、入出力端１２側の一端１３１、及び二次電池１１側の他端１３２を接続する電流経路Ｒ１、及び電流経路Ｒ１の迂回経路Ｒ２を有する。また、電圧調整部１３は、上記迂回経路Ｒ２に設けられ、二次電池１１の充電、又は放電に応じて、入力された電力を二次電池１１に対応する所定の電圧、又は外部機器２に対応する所定の電圧に変更可能なコンバータＣＶ１を有する。第１実施例におけるコンバータＣＶ１は、入力された電力を二次電池１１に対応する所定の電圧に変更可能な単方向コンバータである。例えば、単方向コンバータは、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、又は昇圧、若しくは降圧可能な可変コンバータである。また、単方向コンバータは、非絶縁型、又は絶縁型単方向コンバータである。
【００３０】
また、電圧調整部１３は、経路選択部１７を有する。経路選択部１７は、二次電池１１の充電、又は放電に応じて、電流経路Ｒ１、又は迂回経路Ｒ２のうちの使用する経路を選択する。第１実施例における経路選択部１７は、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、及びスイッチング素子ＳＷ１により構成される。第１ダイオードＤ１は、迂回経路Ｒ２に設けられ、入出力端１２側にアノードが接続され、二次電池１１側にカソードが接続される。第２ダイオードＤ２は、電流経路Ｒ１及び迂回経路Ｒ２の分岐点Ｐ１、並びに電流経路Ｒ１及び迂回経路Ｒ２の合流点Ｐ２間の電流経路Ｒ１に設けられ、二次電池１１側にアノードが接続され、入出力端１２側にカソードが接続される。スイッチング素子ＳＷ１は、上記分岐点Ｐ１、並びに合流点Ｐ２間の電流経路Ｒ１に設けられる。また、上記合流点Ｐ２、及び他端１３２の間にスイッチング素子ＳＷ２が設けられている。例えば、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２は、電流の流れる向きを制限することで、充電経路及び放電経路を分ける役割を有する。スイッチング素子ＳＷ１は、二次電池１１の充電時における、合流点Ｐ２から入出力端１２側への充電電流の逆流を防ぐ役割を有する。スイッチング素子ＳＷ２は、電池ユニット１０において故障が発生した場合に、充電動作、又は放電動作を停止する役割を有する。なお、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２は、バイポーラトランジスタやＦＥＴ等の一般にスイッチング素子として用いられるものを使用する。
【００３１】
図４は、第１実施例における電圧調整部１３において、二次電池１１を充電する場合の経路選択部１７の動作、及び充電電流の流れを示す図である。図４に示すように、制御部１６は、二次電池１１を充電する場合、スイッチング素子ＳＷ１をオフし、スイッチング素子ＳＷ２をオンする。これにより、図４に示すように、迂回経路Ｒ２を経由して、入出力端１２から二次電池１１へ充電電流が入力される。このとき、充電電源３の充電電圧が二次電池１１に対応していない場合、制御部１６は、コンバータＣＶ１を動作させる。これにより、第１実施例における電圧調整部１３は、充電電源３の充電電圧を二次電池１１に対応する所定の電圧に調整することができる。
【００３２】
すなわち、第１実施例における電池ユニット１０は、二次電池１１に対応する充電電圧により当該二次電池１１を充電することができる。例えば、上記充電電源３が鉛電池用の充電電源であり、上記二次電池１１が鉛電池であると仮定すると、上記充電電圧が二次電池１１に対応しており、コンバータＣＶ１により充電電圧を変換する必要がない。このため、電池ユニット１０は、電圧調整部１３のコンバータＣＶ１により充電電圧を調整せず、入出力端１２を介して充電電源３から供給された電力を二次電池１１へ入力する。さらに、上記充電電源３が鉛電池用の充電電源であり、上記二次電池１１がニッケル水素電池であると仮定すると、上記充電電圧が二次電池１１に対応しておらず、コンバータＣＶ１により充電電圧を変換する必要がある。このため、電池ユニット１０は、電圧調整部１３のコンバータＣＶ１により充電電圧を二次電池１１に対応する所定の電圧に調整して、入出力端１２を介して充電電源３から供給された電力を二次電池１１へ入力する。これにより、第１実施例における電池ユニット１０は、二次電池１１に対応する充電電圧により当該二次電池１１を充電することができる。さらに、コンバータＣＶ１が絶縁型単方向コンバータであると仮定すると、上記入出力端１２から入力された電力にノイズが多く含まれていても、コンバータＣＶ１を経由することで上記ノイズを除去することができる。
【００３３】
図５は、第１実施例における電圧調整部１３において、二次電池１１から外部機器２へ電力を出力する場合の経路選択部１７の動作、及び出力電流の流れを示す図である。図５に示すように、制御部１６は、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力する場合、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２をオンする。これにより、第１実施例における電池ユニット１０は、電流経路Ｒ１を経由して、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力することができる。
【００３４】
（第２実施例）
図６は、第２実施例における電圧調整部１８の回路図である。第２実施例における電圧調整部１８は、第１実施例における電圧調整部１３から、第１ダイオードＤ１を除き、さらに電流経路Ｒ１及び迂回経路Ｒ２の合流点Ｐ２にリレースイッチＳＷＲを設けたものである。リレースイッチＳＷＲは、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力する場合に、電流経路Ｒ１、又は迂回経路Ｒ２のうち、放電経路として使用する経路を選択可能にする役割を有する。また、リレースイッチＳＷＲは、第２ダイオードＤ２と共に、充電経路及び放電経路を分ける役割を有する。また、第２実施例におけるコンバータＣＶ２は、入力された電力を二次電池１１に対応する所定の電圧、又は外部機器２に対応する所定の電圧に変更可能な双方向コンバータである。例えば、双方向コンバータは、非絶縁型、又は絶縁型双方向コンバータである。また、第２実施例における経路選択部１７は、第２ダイオードＤ２、リレースイッチＳＷＲ、及びスイッチング素子ＳＷ１により構成されることとする。なお、その他の構成については、第１実施例における電圧調整部１３と同様である。
【００３５】
図７は、第２実施例における電圧調整部１８において、二次電池１１を充電する場合の経路選択部１７の動作、及び充電電流の流れを示す図である。図７に示すように、制御部１６は、二次電池１１を充電する場合、スイッチング素子ＳＷ１をオフし、スイッチング素子ＳＷ２をオンする。さらに、制御部１６は、リレースイッチＳＷＲを迂回経路Ｒ２側に切り替える。これにより、図７に示すように、迂回経路Ｒ２を経由して、入出力端１２から二次電池１１へ充電電流が入力される。このとき、充電電源３の充電電圧が二次電池１１に対応していない場合、制御部１６は、コンバータＣＶ２を動作させる。これにより、第２実施例における電圧調整部１８は、充電電源３の充電電圧を二次電池１１に対応する所定の電圧に調整することができる。すなわち、第２実施例における電池ユニット１０は、第１実施例と同様に、二次電池１１に対応する充電電圧により当該二次電池１１を充電することができる。さらに、コンバータＣＶ２が絶縁型双方向コンバータであると仮定すると、上記入出力端１２から入力された電力にノイズが多く含まれていても、迂回経路Ｒ２を経由することでコンバータＣＶ２により上記ノイズを除去することができる。
【００３６】
図８は、第２実施例における電圧調整部１８において、電流経路Ｒ１を使用して二次電池１１から外部機器２へ電力を出力する場合の経路選択部１７の動作、及び出力電流の流れを示す図である。図８に示すように、制御部１６は、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力する場合、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２をオンする。さらに、制御部１６は、リレースイッチＳＷＲを電流経路Ｒ１側に切り替える。これにより、第２実施例における電池ユニット１０は、電流経路Ｒ１を経由して、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力することができる。
【００３７】
図９は、第２実施例における電圧調整部１８において、迂回経路Ｒ２を使用して二次電池１１から外部機器２へ電力を出力する場合の経路選択部１７の動作、及び出力電流の流れを示す図である。図９に示すように、制御部１６は、スイッチング素子ＳＷ１をオフし、スイッチング素子ＳＷ２をオンする。さらに、制御部１６は、リレースイッチＳＷＲを迂回経路Ｒ２側に切り替える。これにより、第２実施例における電池ユニット１０は、迂回経路Ｒ２を経由して、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力することができる。このとき、外部機器２が二次電池１１の出力電圧に対応していない場合、制御部１６は、コンバータＣＶ２を動作させる。これにより、第２実施例における電池ユニット１０は、迂回経路Ｒ２を経由して、充電電源３の充電電圧を二次電池１１に対応する所定の電圧に調整することができる。
【００３８】
すなわち、第２実施例における電池ユニット１０は、上記外部機器２に対応する出力電圧により当該二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力することができる。例えば、上記二次電池１１がニッケル水素電池であり、外部機器２がニッケル水素電池の出力電圧に対応するものであると仮定すると、コンバータＣＶ２により出力電圧を変換する必要がない。このため、電池ユニット１０は、電流経路Ｒ１を経由して、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力する。さらに、上記二次電池１１がニッケル水素電池であり、外部機器２がニッケル水素電池の出力電圧に対応していないと仮定すると、コンバータＣＶ２により出力電圧を変換する必要がある。このため、電池ユニット１０は、迂回経路Ｒ２を経由して、コンバータＣＶ２により出力電圧を外部機器２に対応する所定の電圧に調整して、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力する。これにより、第２実施例における電池ユニット１０は、上記外部機器２に対応する出力電圧により当該二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力することができる。
【００３９】
また、第２実施例における電池ユニット１０は、コンバータＣＶ２が絶縁型双方向コンバータであると仮定すると、上記二次電池１１から出力された電力にノイズが多く含まれていても、コンバータＣＶ２を経由することで上記ノイズを除去することができる。例えば、上記二次電池１１から出力された電力にノイズが多く含まれる場合、外部機器２において故障や不具合等のトラブルが発生する可能性がある。このため、電池ユニット１０は、迂回経路Ｒ２を経由して、電圧調整部１８のコンバータＣＶ２により上記ノイズを除去して、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力する。すなわち、第２実施例における電池ユニット１０は、上記二次電池１１から出力された電力にノイズが多く含まれていても、コンバータＣＶ２を経由することで上記ノイズを除去することができる。なお、上記二次電池１１から出力された電力にノイズが含まれていない場合、電力損失を最小限にするため、電池ユニット１０は、電流経路Ｒ１を経由して、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力する。
【００４０】
（第３実施例）
図１０は、第３実施例における電圧調整部１９の回路図である。第３実施例における電圧調整部１９は、第１実施例における電圧調整部１３から、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２を除き、さらに電流経路Ｒ１及び迂回経路Ｒ２の分岐点Ｐ１、並びにコンバータＣＶ１の間に、スイッチング素子ＳＷ３を設けたものである。スイッチング素子ＳＷ３は、スイッチング素子ＳＷ１と共に、充電経路及び放電経路を分ける役割を有する。また、第３実施例におけるコンバータＣＶ１は、単方向コンバータである。また、第３実施例における経路選択部１７は、スイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ３により構成されることとする。なお、スイッチング素子ＳＷ３は、上記スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２と同様に、バイポーラトランジスタやＦＥＴ等の一般にスイッチング素子として用いられるものを使用する。
【００４１】
図１１は、第３実施例における電圧調整部１９において、電流経路Ｒ１を使用して二次電池１１を充電する場合の経路選択部１７の動作、及び充電電流の流れを示す図である。図１１に示すように、制御部１６は、電流経路Ｒ１を使用して二次電池１１を充電する場合、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２をオンし、スイッチング素子ＳＷ３をオフする。これにより、図１１に示すように、電流経路Ｒ１を経由して、入出力端１２から二次電池１１へ充電電流が入力される。
【００４２】
図１２は、第３実施例における電圧調整部１９において、迂回経路Ｒ２を使用して二次電池１１を充電する場合の経路選択部１７の動作、及び充電電流の流れを示す図である。図１２に示すように、制御部１６は、迂回経路Ｒ２を使用して二次電池１１を充電する場合、スイッチング素子ＳＷ１をオフし、スイッチング素子ＳＷ２及びＳＷ３をオンする。これにより、図１２に示すように、迂回経路Ｒ２を経由して、入出力端１２から二次電池１１へ充電電流が入力される。このとき、充電電源３の充電電圧が二次電池１１に対応していない場合、制御部１６は、コンバータＣＶ１を動作させる。これにより、第２実施例における電圧調整部１３は、充電電源３の充電電圧を二次電池１１に対応する所定の電圧に調整することができる。すなわち、第３実施例における電池ユニット１０は、第１実施例及び第２実施例と同様に、二次電池１１に対応する充電電圧により当該二次電池１１を充電することができる。
【００４３】
また、第３実施例における電池ユニット１０は、第１実施例及び第２実施例と同様に、コンバータＣＶ１が絶縁型単方向コンバータであると仮定すると、上記入出力端１２から入力された電力にノイズが多く含まれていても、コンバータＣＶ１を経由することで上記ノイズを除去することができる。例えば、上記入出力端１２を介して充電電源３から供給された電力にノイズが多く含まれる場合、電池ユニット１０内部において故障や不具合等のトラブルが発生する可能性がある。このため、電池ユニット１０は、迂回経路Ｒ２を経由して、電圧調整部１８のコンバータＣＶ１により上記ノイズを除去して、入出力端１２を介して充電電源３から供給された電力を二次電池１１へ入力する。すなわち、第３実施例における電池ユニット１０は、上記入出力端１２から入力された電力にノイズが多く含まれていても、コンバータＣＶ１を経由することで上記ノイズを除去することができる。なお、上記充電電源３から供給された電力にノイズが含まれていない場合、電力損失を最小限にするため、電池ユニット１０は、電流経路Ｒ１を経由して、入出力端１２を介して充電電源３から供給された電力を二次電池１１へ入力する。
【００４４】
図１３は、第３実施例における電圧調整部１９において、二次電池１１から外部機器２へ電力を出力する場合の経路選択部１７の動作、及び出力電流の流れを示す図である。図１３に示すように、制御部１６は、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２に出力する場合、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２をオンし、スイッチング素子ＳＷ３をオフする。これにより、第３実施例における電池ユニット１０は、第１実施例と同様に、電流経路Ｒ１を経由して、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２に出力することができる。
【００４５】
（第４実施例）
図１４は、第４実施例における電圧調整部２０の回路図である。第４実施例における電圧調整部２０は、第３実施例における電圧調整部１８の単方向コンバータを双方向コンバータに置換したものである。なお、その他の構成については、第３実施例における電圧調整部１９と同様である。
【００４６】
図１５は、第４実施例における電圧調整部２０において、電流経路Ｒ１を使用して二次電池１１を充電する場合の経路選択部１７の動作、及び充電電流の流れを示す図である。図１５に示すように、制御部１６は、電流経路Ｒ１を使用して二次電池１１を充電する場合、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２をオンし、スイッチング素子ＳＷ３をオフする。これにより、図１５に示すように、電流経路Ｒ１を経由して、入出力端１２から二次電池１１へ充電電流が入力される。
【００４７】
図１６は、第４実施例における電圧調整部２０において、迂回経路Ｒ２を使用して二次電池１１を充電する場合の経路選択部１７の動作、及び充電電流の流れを示す図である。図１６に示すように、制御部１６は、迂回経路Ｒ２を使用して二次電池１１を充電する場合、スイッチング素子ＳＷ１をオフし、スイッチング素子ＳＷ２及びＳＷ３をオンする。これにより、図１６に示すように、迂回経路Ｒ２を経由して、入出力端１２から二次電池１１へ充電電流が入力される。このとき、充電電源３の充電電圧が二次電池１１に対応していない場合、制御部１６は、コンバータＣＶ２を動作させる。これにより、第４実施例における電圧調整部２０は、充電電源３の充電電圧を二次電池１１に対応する所定の電圧に調整することができる。すなわち、第４実施例における電池ユニット１０は、第１実施例乃至第３実施例と同様に、二次電池１１に対応する充電電圧により当該二次電池１１を充電することができる。
【００４８】
また、第４実施例における電池ユニット１０は、第１実施例乃至第３実施例と同様に、コンバータＣＶ２が絶縁型双方向コンバータであると仮定すると、上記入出力端１２から入力された電力にノイズが多く含まれていても、コンバータＣＶ２を経由することで上記ノイズを除去することができる。
【００４９】
図１７は、第４実施例における電圧調整部２０において、電流経路Ｒ１を使用して二次電池１１から外部機器２へ電力を出力する場合の経路選択部１７の動作、及び出力電流の流れを示す図である。図１７に示すように、制御部１６は、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力する場合、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２をオンし、スイッチング素子ＳＷ３をオフする。これにより、第４実施例における電池ユニット１０は、電流経路Ｒ１を経由して、二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２に出力することができる。
【００５０】
図１８は、第４実施例における電圧調整部２０において、迂回経路Ｒ２を使用して二次電池１１から外部機器２へ電力を出力する場合の経路選択部１７の動作、及び出力電流の流れを示す図である。図１８に示すように、制御部１６は、迂回経路Ｒ２を使用して二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力する場合、スイッチング素子ＳＷ１をオフし、スイッチング素子ＳＷ２及びＳＷ３をオンする。このとき、外部機器２が二次電池１１の出力電圧に対応していない場合、制御部１６は、コンバータＣＶ２を動作させる。これにより、第４実施例における電圧調整部１３は、迂回経路Ｒ２を経由して、充電電源３の充電電圧を二次電池１１に対応する所定の電圧に調整することができる。すなわち、第４実施例における電池ユニット１０は、第２実施例と同様に、上記外部機器２に対応する出力電圧により当該二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力することができる。
【００５１】
また、第４実施例における電池ユニット１０は、第２実施例と同様に、コンバータＣＶ２が絶縁型双方向コンバータであると仮定すると、上記二次電池１１から出力された電力にノイズが多く含まれていても、コンバータＣＶ２を経由することで上記ノイズを除去することができる。
【００５２】
なお、上記第１実施例から第４実施例に示す電圧調整部１３，１８，１９，２０は、あくまで一例として示したものであり、コンバータＣＶ１，ＣＶ２、ダイオードＤ１，Ｄ２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３、リレースイッチＳＷＲ等の構成要素を組み合わせて、二次電池１１の充電時における充電電圧の調整及びノイズ除去、並びに二次電池１１の放電時における出力電圧の調整及びノイズ除去のうちの少なくとも一つを実行可能な電圧調整部を実現するようにしてもよい。
【００５３】
（総括）
上記構成によれば、本実施形態に係る電池ユニット１０は、二次電池１１に対応する充電電圧により当該二次電池１１を充電することができる。また、本実施形態に係る電池ユニット１０は、外部機器２に対応する出力電圧により当該二次電池１１に蓄積された電力を外部機器２へ出力することができる。また、本実施形態に係る電池ユニット１０において、上記充電経路、及び放電経路が共通の回路配線により構成されるため、部品点数の増加を防ぎつつ、回路を簡略化することができる。
【００５４】
かくして、従来の電池ユニットと比較して、より汎用性の高い電池ユニット１０、及び当該電池ユニット１０を含む蓄電システム１を実現することができる。
【００５５】
なお、本実施形態における充電電源３は、蓄電システム１に設けられている。しかしながら、本実施形態における充電電源３は、これに限定されない。例えば、本実施形態における充電電源３は、蓄電システム１の外部に設けられる外部電源であってもよい。
【００５６】
また、上記説明において用いた「所定のプロセッサ」という文言は、例えば、マイコン専用又は汎用のプロセッサ、若しくは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：Simple Programmable Logic Device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：Complex Programmable Logic Device）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array）等を意味する。また、本実施形態の各構成要素（各処理部）は、単一のプロセッサに限らず、複数のプロセッサによって実現するようにしてもよい。
【００５７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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、特許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ものである。
【符号の説明】
【００５８】
１  蓄電システム
２  外部機器
３  充電電源（外部電源）
１０  電池ユニット
１１  二次電池
１２  入出力端
１３，１８，１９，２０  電圧調整部
１４  電圧検出器
１５  電流検出抵抗
１６  制御部
１７  経路選択部
Ｒ１  電流経路
Ｒ２  迂回経路
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３  スイッチング素子
ＳＷＲ  リレースイッチ
【図１】
2020054106.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020054106.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2020054106.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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