(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セル(31)を直列及び／又は並列に接続した一以上の電池パック(20)と、
前記電池パック(20)と電気的に接続可能な保護ユニット(2)と、
を備え、
外部の充電用電源(CP)から供給される電力でもって各電池パック(20)を充電し、さらに各電池パック(20)に蓄電された電力を外部に出力可能とした電源装置であって、
前記電池パック(20)が、
前記二次電池セル(31)のセル電圧を検出する電池監視回路(33)と、
前記電池監視回路(33)と接続されるパック制御回路(39)と、
異常発生時に、前記パック制御回路(39)から他の電池パック(20)又は前記保護ユニット(2)に対してパック異常信号を送出するためのパック異常出力端子(DA;DO;DI)と、
を備え、
前記保護ユニット(2)が、
前記パック異常出力端子(DA;DO;DI)と接続するための保護側入出力端子(HI)と、
前記電池パック(20)の電流を遮断可能な保護回路と、
を備えており、
前記二次電池セル(31)のいずれかが所定のセル電圧閾値以上の電圧であることを前記電池監視回路(33)が検出すると、前記電池パック(20)の前記パック異常出力端子(DA;DO;DI)から前記保護ユニット(2)の前記保護側入出力端子(HI)に前記パック異常信号が出力され、
前記保護ユニット(2)は、前記パック異常信号を検出すると、前記保護回路により電流を遮断するよう構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記電池パック(20)と前記保護ユニット(2)とが、共通の出力ライン(OL)を介して接続されており、
前記保護回路は、前記出力ライン(OL)に対して直列に接続されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源装置であって、
前記電池パック(20)が、
前記二次電池セル(31)を並列に接続してなる電池ブロック(30)と、
前記電池ブロック(30)と直列に接続されて、所定値以上の電流が通電された際に電流を遮断する電流ヒューズ(32)と、
を備え、
前記電池監視回路(33)が、前記電池ブロック(30)の各々と並列に接続されて、前記二次電池セル(31)の各々のセル電圧を検出し、
前記パック制御回路(39)が、前記電池ブロック(30)の出力電流を制御することを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記電池パック(20)が、さらに、第二電池監視回路(33B)を備えており、
前記電池監視回路(33)は第一セル電圧閾値で電流を遮断し、
前記第二電池監視回路(33B)は、前記第一セル電圧閾値よりも高い第二セル電圧閾値で電流を遮断するよう構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記電池パック(20)が複数、互いに並列に接続されてなり、
さらに前記保護ユニット(2)が、前記電池パック(20)と並列に接続されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記保護回路が、
充電電流を遮断する充電遮断スイッチ(CSSW)と、
放電電流を遮断する放電遮断スイッチ(DSSW)と、
を備えてなることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記保護ユニット(2)が、さらに、
前記電池パック(20)を、前記充電用電源(CP)から供給される電力でもって充電するための充電手段を備えてなることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記電池パック(20)が充電手段を有しないことを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記充電用電源(CP)が、太陽電池パネルであることを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記電池パック(20)間において、ＲＳ−４８５でデータ通信が行われてなることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として出力電圧と出力電流の両方を大きくしてなる大容量の電池群を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
出力電圧と出力電流の両方を大きくしている電源装置は、多数の電池セルを直列に接続して電圧を高くしている。多数の電池セルをモジュール状にして組み合わせ可能とすることで、異なる電圧、電流等への柔軟な対応が可能となる。本発明者らは先に、電池セルをモジュール化又はユニット化した電池パックを構成し、この電池パックを複数、並列に接続可能とした電源装置を開発した（特許文献１）。このような電源装置においては、過充電、過放電等から電池セルを保護するための保護回路を内蔵している。保護回路は、例えば電池パックを流れる充放電電流が所定の閾値を超えたこと、又は電池パックを構成する電池セルのセル電圧が所定の上限閾値が超えたこと、あるいは下限閾値を下回ったことを検出して、異常と判定し、ブレーカを開放する等して電池パックを保護している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４９０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなモジュール式の電池パックを複数組み合わせて電源装置を構築する場合、各モジュール毎に保護回路を内蔵していることから、保護回路が重複して無駄になり、コスト面、スペース面において冗長となる。また、保護回路は各々独立して機能するため、多くのモジュールを組み合わせて利用する場合、異常判定の結果が矛盾したり抵触することもあり、このような異なる判定結果が生じた場合の処理が問題となっていた。
【０００５】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、複数のモジュールを組み合わせて構築された電源装置において、電池の保護回路を信頼性高く動作可能とした電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、複数の二次電池セル３１を直列及び／又は並列に接続した一以上の電池パック２０と、前記電池パック２０と電気的に接続可能な保護ユニット２と、を備え、外部の充電用電源ＣＰから供給される電力でもって各電池パック２０を充電し、さらに各電池パック２０に蓄電された電力を外部に出力可能とした電源装置であって、前記電池パック２０が、前記二次電池セル３１のセル電圧を検出する電池監視回路３３と、前記電池監視回路３３と接続されるパック制御回路３９と、異常発生時に、他の電池パック２０又は前記保護ユニット２に対してパック異常信号を送出するためのパック異常出力端子ＤＡ；ＤＯ；ＤＩと、を備え、前記保護ユニット２が、前記パック異常出力端子ＤＡ；ＤＯ；ＤＩと接続するための保護側入出力端子ＨＩと、前記電池パック２０の電流を遮断可能な保護回路と、を備えており、前記二次電池セル(31)のいずれかが所定のセル電圧閾値以上の電圧であることを前記電池監視回路(33)が検出すると、前記電池パック２０に異常が発生した際、前記電池パック２０の前記パック異常出力端子ＤＡ；ＤＯ；ＤＩから前記保護ユニット２の前記保護側入出力端子ＨＩに前記パック異常信号が出力され、前記保護ユニット２は、前記パック異常信号を検出すると、前記保護回路により電流を遮断するよう構成できる。これにより、一の保護ユニットに内蔵された保護回路でもって、複数の電池パックを保護でき、各電池パック毎に保護回路を設ける必要を無くして、構成を簡素化できる。さらに保護回路を複数併存させず、保護ユニットで一元的に集中管理できることから、複数の保護回路間での抵触や誤検出を回避でき、制御面でもよりシンプルで誤動作の少ない、信頼性と安定性に優れた電池保護が図られる。
【０００７】
また、第２の側面に係る電源装置によれば、前記電池パック２０と保護ユニット２とが、共通の出力ラインＯＬを介して接続されており、前記保護回路は、前記出力ラインＯＬに対して直列に接続できる。これにより、保護回路でもって電池パックからの電流出力を停止できる。
【０００８】
さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、前記電池パック２０が、前記二次電池セル３１を並列に接続してなる電池ブロック３０と、前記電池ブロック３０と直列に接続されて、所定値以上の電流が通電された際に電流を遮断する電流ヒューズ３２とを備え、前記電池監視回路３３が、前記電池ブロック３０の各々と並列に接続されて、前記二次電池セル３１の各々のセル電圧を検出し、前記パック制御回路３９が、前記電池ブロック３０の出力電流を制御する。
【０００９】
さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、前記電池パック２０が、さらに、前記第二電池監視回路３３Ｂを備えており、前記電池監視回路３３は第一セル電圧閾値で電流を遮断し、前記第二電池監視回路３３Ｂは、前記第一セル電圧閾値よりも高い第二セル電圧閾値で電流を遮断するよう構成できる。これにより、電池パック内で複数の閾値を設定し、二重の保護を図ることができる。
【００１０】
さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、前記電池パック２０が複数、互いに並列に接続されてなり、さらに前記保護ユニット２を、前記電池パック２０と並列に接続させることができる。
【００１１】
さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、前記保護回路が、充電電流を遮断する充電遮断スイッチＣＳＳＷと、放電電流を遮断する放電遮断スイッチＤＳＳＷとを備えることができる。
【００１２】
さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、前記保護ユニット２が、さらに前記電池パック２０を、外部の充電用電源ＣＰから供給される電力でもって充電するための充電手段を備えることができる。これにより、各電池パックの充電手段を各電池パック毎に設ける必要が無く、保護ユニットの充電手段で集中的に行える利点が得られる。
【００１３】
さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、前記電池パック２０は充電手段を有しないことができる。これにより、充電手段を各電池パックから省略でき、電源システムの構成を簡素化できる利点が得られる。
【００１４】
さらにまた、第９の側面に係る電源装置によれば、前記充電用電源ＣＰを、太陽電池パネルとできる。これにより、太陽電池パネルで発電されたエネルギーでもって二次電池セルを充電可能な電源装置が構築できる。
【００１５】
さらにまた、第１０の側面に係る電源装置によれば、前記電池パック２０間の通信を、ＲＳ−４８５で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係る電源装置を用いた電源システムを示すブロック図である。
【図２】図１の電池パックを示すブロック図である。
【図３】変形例に係る予備的充電回路を備えた保護ユニットを示すブロック図である。
【図４】比較例に係る電池パックを示すブロック図である。
【図５】変形例に係る電源装置の例を示すブロック図である。
【図６】複数の電池パックを用いて電源装置を構築した例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。特に本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、及び「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記しているが、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施例１）
【００１８】
図１〜図２に、本発明の実施例１に係る電源装置１００を示す。これらの図において、図１は電源装置１００を用いた電源システムのブロック図、図２は図１の電池パック２０のブロック図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源システムは、電源装置１００と、負荷ＬＤと、充電用電源ＣＰと、システムコントローラ５を備える。この電源装置１００は、充電用電源ＣＰで充電された後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１００は、充電モードと放電モード、及び後述する電池ユニットの均等化のための均等化モードを備える。システムコントローラ５は、電源装置１００とデータ通信を行い、全体の動作を統括する。
【００１９】
電源装置１００は、一以上の電池パック２０と、保護ユニット２で構成される。また保護ユニット２は、電池パック２０との接続／非接続を切り替える電池パック接続スイッチＢＰＳＷと、充電用電源ＣＰとの接続／非接続を切り替える電源接続スイッチＰＳＳＷと、これら電池パック接続スイッチＢＰＳＷ、電源接続スイッチＰＳＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り替えると共に、出力側電力変換器８とも電気接続された保護制御回路３を備えている。これら電池パック接続スイッチＢＰＳＷ、電源接続スイッチＰＳＳＷには、ＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子が利用できる。
【００２０】
なお図２においては、電池パック２０が１つのみ図示されているが、複数の電池パック２０を、直列及び／又は並列に接続した状態で、保護ユニット２に接続可能であることはいうまでもない（図３、図６参照）。
【００２１】
充電モードにおいては、図１の電池パック接続スイッチＢＰＳＷ（図２のＣＳＳＷ、ＤＳＳＷに相当）、電源接続スイッチＰＳＳＷ（図２のＣＳに相当）をＯＮすることで、充電用電源ＣＰから電池パック２０への充電が行われる。一方、放電モードにおいては、電源接続スイッチＰＳＳＷをＯＦＦして充電用電源ＣＰを切り離し、或いは電源接続スイッチＰＳＳＷをＯＮの状態で、電池パック２０の電力を負荷ＬＤに供給する。保護ユニット２の保護制御回路３は、負荷ＬＤ側の出力側電力変換器８と通信又はＩ／Ｏ接続により、充電モードと放電モードを適宜切り替える。具体的には、電池パック２０の残容量が下限閾値以下になると、放電モードから充電モードに切り替える。また電池パック２０の残容量が上限閾値以上になると、充電モードを停止し、放電モードに切り替える。
【００２２】
なお図１には図示しないが、負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチ及び充電スイッチを介して電源装置１００と接続する。これら放電スイッチ及び充電スイッチのＯＮ／ＯＦＦは、保護ユニット２の保護制御回路３によって切り替えられる。また、必要に応じて、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置１００への充電を同時に実行できるよう構成しても良い。
（負荷ＬＤ）
【００２３】
電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、出力側電力変換器８を介して電源装置１００と接続されている。出力側電力変換器８は、電池パック２０から供給される直流電力を、交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータである。なお、直流駆動可能な負荷を接続する場合は、ＤＣ／ＡＣコンバータに代えてＤＣ／ＤＣコンバータを利用できることはいうまでもない。
【００２４】
また必要に応じて、外部の商用電源ＡＣを負荷ＬＤに接続し、電池パック２０の電力が不足した場合等に商用電源ＡＣに切り替え可能とすることもできる。図１の例では、商用電源切替スイッチＡＳを備えており、電池パック２０の電力低下を検出して、例えば保護制御回路３が商用電源切替スイッチＡＳを、電池パック２０側から商用電源ＡＣ側に切り替える。商用電源としては、ＡＣ１００Ｖや２００Ｖ等の電源が利用できる。
（充電用電源ＣＰ）
【００２５】
充電用電源ＣＰは、保護ユニット２の電源接続スイッチＰＳＳＷ（図２のＣＳに相当）を介して電池パック２０と接続されている。保護制御回路３が電源接続スイッチＰＳＳＷをＯＮに切り替えることで、充電用電源ＣＰで電池パック２０を充電する。また電池パック２０が満充電されたことを検出すると、保護制御回路３は電源接続スイッチＰＳＳＷをＯＦＦに切り替える。充電用電源ＣＰには、太陽電池パネルや風力発電機、潮力発電機、あるいは地熱発電器等の自然エネルギーを利用した自然エネルギー発電器、あるいは燃料電池、ガス発電器等の発電器が利用できる。図１の例では、発電器として太陽電池パネルを使用している。またこのような発電器に加え、バックアップ用に商用電源ＡＣを付加することもできる。これによって発電器で得られる電力が不足する場合や非常時には、商用電源ＡＣを利用して電池パック２０を充電できる。
【００２６】
さらに充電用電源ＣＰと電源装置１００との間には、供給される電力を電池パック２０の充電に適した電力に変換する入力側電力変換器７が設けられる。図１の例では、発電器である太陽電池パネルと電源装置１００との間に、ＤＣ／ＤＣコンバータが接続される。また商用電源ＡＣと電源装置１００との間には、交流１００Ｖを直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータが接続される。これらの入力側電力変換器７によって、電池パック２０を適切な電力で充電できる。なお、このような入力側電力変換器７を介した電圧変換等による損失を低減するため、スイッチング素子を用いたパルス充電を利用することも可能であることはいうまでもない。
（電池パック２０のブロック図）
【００２７】
次に、電池パック２０の詳細を図２のブロック図に基づいて説明する。この図に示すように、電池パック２０は、複数の電池セル３１を直列及び並列に接続した電池体と、電池体と直列に接続された電流ヒューズ３２と、電池監視回路３３と、パック電流検出回路３７３７とパック制御回路３９とを備える。このパック制御回路３９は、マイコン（ＡＳＩＣやＰＧＡ等）にて構成される。またパック制御回路３９の駆動電力は、電池体からの電力をレギュレータ３８を介して変換することで供給される。さらに電池パック２０において、図３に示すように、後述する第二電池監視回路３３Ｂからのパック異常信号により、抵抗に通電しこれを過熱してヒューズを溶断するＳＣＰ（Self Control Protector）３２Ｐを追加することもできる。なおＳＣＰ３２Ｐを利用する場合は、素子の耐圧を考慮して、図３に示すように電池パック２０の直列数を制限することが望ましい。
【００２８】
また電池パック２０は、パックケースに収納される。パックケースは、サーバ用バックアップ電源等に使用される１９インチのケースが使用できる。これにより、サーバ用のラック等を利用できるようになり、汎用性を高めることができる。
【００２９】
電流ヒューズ３２は、過電流によって回路を物理的に遮断することで電池パック２０を保護する。電池監視回路３３は電池ブロック３０の電圧を検出し、パック制御回路３９に送出する。パック制御回路３９は、充電モードにおける電池パック２０の過充電を検出して充電電流を制限することにより、過充電から電池セル３１を保護する。また、放電モードにおける電池パック２０の過放電を検出して放電電流を制限することにより、過放電から電池セル３１を保護する。
（パック制御回路３９）
【００３０】
また図２の例では、パック入出力端子ＤＩ及び子側パック接続端子ＤＯは、各々アイソレータを介してパック制御回路３９と接続されている。またパック異常出力端子ＤＡは、フォトカプラ等を介してパック制御回路３９と接続されている。これによって各信号端子はそれぞれ外部と絶縁されている。各端子の詳細については、後述する。
（パック電流検出回路３７）
【００３１】
パック電流検出回路３７は、電池パック２０の充放電電流を検出し、パック制御回路３９に送出する。例えば、電池パック２０と直列に接続された電流検出抵抗の両端電圧から、パック電流を検出する。
（電池監視回路３３）
【００３２】
電池監視回路３３は、電池セル３１の温度を検出する温度センサ２９や電池ブロック３０のブロック電圧を検出する電圧センサと接続される。温度センサ２９にはサーミスタ等が利用できる。この電池監視回路３３は、電池セル３１の温度や電池セル３１のセル電圧又はブロック電圧に基づいて電池ブロック３０の過充電、過放電を検出する。異常が検出されると、パック制御回路３９がパック異常信号を、パック異常出力端子ＤＡから出力する。これを受けて保護制御回路３は、後述する充電遮断スイッチＣＳＳＷ又は放電遮断スイッチＤＳＳＷを開放し、電池パック２０の充放電電流を遮断する。なお、電池監視回路３３には保護ＩＣ等を利用できる。
（第二電池監視回路３３Ｂ）
【００３３】
さらに図２の電池パック２０は、電池監視回路３３に加え、第二電池監視回路３３Ｂを備えている。この例では、電池監視回路３３は第一セル電圧閾値（例えば４．１５Ｖ／セル）で電流を遮断する。一方、第二電池監視回路３３Ｂは、第一セル電圧閾値よりも高い第二セル電圧閾値（例えば４．３Ｖ／セル）で電流を遮断する。また第二電池監視回路３３Ｂは、パック制御回路３９を介さず、直接フォトカプラを介してパック異常出力端子ＤＡからパック異常信号を出力するよう構成している。そして、このようなパック異常信号により、保護ユニット２においては、保護制御回路３を介することなく、ブレーカスイッチＢＲＳＷ及び／又は充電遮断スイッチＣＳＳＷを遮断状態とする。このような二重の保護機能を備えることで、パック制御回路３９による異常検出が正常に働かないときでも、電池セルの保護を図ることができ、安全性を一層向上できる。なお、第二電池監視回路３３Ｂにも保護ＩＣ等を利用できる。
【００３４】
またいずれの場合も、後述するように複数の電池パックを接続する場合は、異常が発生した電池パック又はこの電池パックを含む電池ユニットのみを電源装置から切り離すように、スイッチを配置することもできる。
（電池ブロック３０）
【００３５】
電池パック２０は、複数の電池セル３１を並列に接続した電池ブロック３０を、複数直列に接続している。なお、電池ブロックは、複数の電池セルを直列接続しないで、並列にのみ接続することも可能である。この例では、電池体は、電池セル３１を２４本並列に接続した電池ブロック３０を、１３個直列に接続して電池パック２０を構成しているため、計３１２本の電池セル３１を電池パック２０に使用している。この電池パック２０は定格電圧５０Ｖ、定格電流３０Ａで使用する。また後述する図６に示す電池ユニットでは、このような電池パック２０を５個直列に接続して１個の電池ユニット１０を構成する場合は、一電池ユニット当たり合計１５６０本の電池セル３１を利用して、定格電圧２５０Ｖ、定格電流３０Ａを実現している。そしてこれら電池ユニット１０を複数台、並列に接続して、信頼性に優れた電源装置１００を構成している。使用する電池の総数すなわち電池群の容量は用途に応じて設定でき、例えば１ＫＶＡ〜１００ＫＶＡとできる。
（電池セル３１）
【００３６】
電池セル３１は、一方向に延在された円柱状又は円筒状の電池セルの他、角形の外装缶を利用したタイプが利用できる。この電池セル３１は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の二次電池が好適に使用できる。特にリチウムイオン二次電池とすることが望ましい。リチウムイオン二次電池は容積密度が高いために、電池パック２０の小型化、軽量化に適している。またリチウムイオン二次電池は充放電可能な温度領域が鉛蓄電池やニッケル水素電池に比べて広く、効率よく充放電が可能になる。電池セル３１のサイズは、１８６５０型（直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒形）や１７６７０型といった規格化されたサイズとすることが好ましい。また市販されている単三形電池や単四形電池等とすることもできる。またこの例では円筒形電池を用いているが、角形電池を使用してもよいことはいうまでもない。
【００３７】
また電池セル３１の正極材料にはリン酸鉄系材料を用いることが好ましい。これにより、安全性を高めることができ、充放電の温度依存性を抑制することができ、特に低温時にも比較的高い充放電効率を維持できるので、冬場でも効率よく充放電が可能になる。
【００３８】
さらにリチウムイオン二次電池の正極は、３成分正極とすることができる。このリチウムイオン二次電池は、正極に、従来のコバルト酸リチウムに代わって、Ｌｉ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ複合酸化物とコバルト酸リチウム混合を利用する。このリチウムイオン二次電池は、正極にリチウムに加えて、３成分からなるＮｉ−Ｍｎ−Ｃｏを使用することから、高電圧で充電して熱安定性が高く、充電最大電圧を４．３Ｖと高くして容量を大きくできる。
【００３９】
ただし、充電時の電圧は、使用する電池セル３１において、満充電と判断される電圧よりも意図的に低い電圧に設定することが好ましい。例えば、リチウムイオン二次電池を使用する場合、一般的な条件下では４．２Ｖ付近で満充電と判断されるが、４Ｖで満充電と判定するよう設定する。これにより、電池セルの長寿命化が図れる。
【００４０】
さらにまた、電池セル３１からなる電池パック（電池ブロック）の公称電圧としての定格電圧（リチウムイオン二次電池であれば、約３．７〜４．０Ｖ／セルを直列数で掛けた電圧値となる）を、充電用電源ＣＰである太陽電池パネルの最大出力動作電圧Ｖopよりも低くなるように選択することが好ましい。より望ましくは、Ｖopの７０〜９０％とする。これは、電池パックの電圧に太陽電池パネルの動作電圧が影響を受けるため、Ｖopから離れた電圧では充電電力が少なくなるためである。さらに、電池パックの放電深度に比べて太陽電池パネルの電圧は高くなる。そのため、満充電を行うためには満充電状態に近いときにＶopに近づくことがより望ましい。また、温度によって太陽電池パネルの電圧が変動することを考慮し、適切な電池パック電圧を選択する必要がある。そのために、上記の電圧範囲であることがより望ましい。
（保護ユニット２）
【００４１】
次に保護ユニット２の詳細について、同じく図２に基づいて説明する。この保護ユニット２は、パック異常出力端子ＤＡ、ＤＯ、ＤＩと接続するための保護側入出力端子ＨＩと、電池パック２０の電流を遮断可能な保護回路と、充電スイッチＣＳとを備えている。充電スイッチＣＳは、充電モードにおいて充電用電源ＣＰで電池パック２０を充電する際に制御される。パック電池２０が満充電となったときに、充電スイッチＣＳはオフとなるように制御される。これらは保護ユニット２の保護制御回路３によってＯＮ／ＯＦＦを制御される。図２に示すように、充電スイッチＣＳが直列接続されていることから、放電モードにおいては充電スイッチＣＳは常時ＯＮとなる。充電スイッチＣＳはＦＥＴ等の半導体スイッチング素子により構成される。このように電池パックを充電する充電手段や、放電する放電手段を、電池パック側でなく保護ユニット側に設けることで、電池パック側の構成を簡素化できる。特に複数の電池パックを連結する構成においては、電池パックの接続数が多くなるほど、このような回路構成の簡素化の利点も大きくなる。なお、放電モードにおいて電池パック２０で負荷ＬＤを駆動する際に制御される放電スイッチは、負荷ＬＤ側に設置されている。保護回路の充電ＦＥＴ、放電ＦＥＴはいずれも異常時にのみＯＦＦに切り替えられ、異常時以外はＯＮに維持される。
（保護回路）
【００４２】
また保護回路は、電池パック２０に異常が発生した際、電池パック２０のパック異常出力端子ＤＡ、ＤＩから保護ユニット２の保護側入出力端子ＨＩにパック異常信号が出力されたことを保護制御回路３が検出すると、電流を遮断するスイッチである。この例では、充電モードにおける異常時に開放される充電遮断スイッチＣＳＳＷと、放電モードにおける異常時に開放される放電遮断スイッチＤＳＳＷを、直列に接続している。そして各モードにおいてパック異常信号が保護側入出力端子ＨＩに入力されると、該当する遮断スイッチが開放される。この充電遮断スイッチＣＳＳＷ及び放電遮断スイッチＤＳＳＷも、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子により構成される。
【００４３】
さらに保護回路は、安全性を一層高めるため、電流経路にブレーカスイッチＢＲＳＷを設置することもできる。ブレーカスイッチＢＲＳＷは、異常信号が入力されると開放される機構を有している。このようなブレーカスイッチＢＲＳＷとしては、日本サーモ株式会社のサーキットプロテクタＳＴＰ２０シリーズ（商品名）等が利用できる。
【００４４】
また第二電池監視回路３３Ｂは、パック制御回路３９を介さず、直接フォトカプラを介してパック異常出力端子ＤＡからパック異常信号を出力するよう構成している。そして、このようなパック異常信号により、保護ユニット２においては、保護制御回路３を介することなく、ブレーカスイッチＢＲＳＷ及び／又は充電遮断スイッチＣＳＳＷを遮断状態とする。
（予備的充電回路７３）
【００４５】
また保護ユニットは、保護回路として更に予備的充電回路を備えることもできる。このような例を、図３に示す。この図に示すように、保護ユニット２Ｂは半導体スイッチ等を配置すると共に、予備的充電回路７３を備えている。この予備的充電回路７３は、電池セル３１が過放電電圧以下の状態に保持された場合に、通常の充電に代わって、電流値を低下させた状態で予備的に充電を行う。この予備充電回路７３は、充電電流を低下させるための抵抗７５と、保護制御回路３の指示で、ポートＰＣＨからのオンオフ信号で制御される予備充電用スイッチ７４を備えている。予備充電用スイッチ７４には、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子が好適に利用できる。また図３の例では、予備充電用スイッチ７４としてＦＥＴを２つ直列に接続している。このような予備充電回路７３により、充電開始時の電池電圧が過放電電圧以下等の場合は、保護制御回路３は、ポートＣＨよりオフ信号を発して充電遮断スイッチＣＳＳＷをオフ状態として、ポートＰＣＨよりオン信号を発して予備充電用スイッチ７４である充電遮断ＦＥＴ７４ＣＳをオン状態とする。このような動作により、充電用電源ＣＰより充電電流が供給されると、充電電流は、抵抗７５にて低減され、オン状態の予備充電用スイッチ７４を介して、電池セル３１は充電される。そして、充電開始から所定時間（例えば９０分）以内に、電池電圧が所定値（例えば、３．０Ｖ／セル）以上になれば、保護制御回路３は、予備充電用スイッチ７４をオフ状態とし、充電スイッチＣＳをオン状態として、通常の充電を行う。また、充電開始から所定時間（例えば、９０分）以内に、電池電圧が所定値（例えば、３．０Ｖ／セル）未満であれば、電池セル３１が劣化して、正常に充電できないものと判定して、異常信号を出力して充電を停止する。このような異常判定の結果は、適宜、通信処理により、充電用電源ＣＰ側に伝達される。また、このような予備的充電回路７３は、充電する場合だけでなく、放電する場合も、放電遮断スイッチＤＳＳＷをオフ状態として、予備的充電回路７３の放電遮断ＦＥＴ７４ＤＳをオン状態として、抵抗７５にて低減された放電電流により、負荷への突入電流を低減したり、負荷へ適切な放電を行うことができる。
【００４６】
図２の例では、３個のＦＥＴを、保護ユニット２の出力ラインＯＬ側において直列に接続している。このように、異常時に電池セルを保護する保護回路を、電池パック側でなく、保護ユニット側に設けることで、保護回路を一元的に纏めて管理することができる。このことは、電池パックを簡素化できることに加え、保護回路を動作させる判定処理を、電池パック外部の保護ユニットで一元的に行うことにより、異なる判定が生じるリスクを回避できる利点も得られる。すなわち、複数の保護回路間での判定結果の矛盾やこれに起因する誤動作等を回避し、制御面でもよりシンプルで信頼性と安定性に優れた電池の保護が実現される。特に、接続する電池パック数が増えるほど、このメリットも大きくなる。
また直列接続されるセル数が多くなるほど、保護回路に利用される半導体素子等の電子部品の高電圧の耐圧が要望されるが、本実施例では、保護回路を各電池パック２０に設ける場合に比べて、保護回路を一つのみ設ければよいので、高価な高電圧の耐圧が要望される電子部品を少なくでき、コスト面においても有利となる。
（比較例）
【００４７】
上記実施例との対比のため、比較例に係る電池パック９２０を図４に示す。この図に示す電池パック９２０は、各々が電池セル３１を過充電、過放電から保護する保護回路９１０を備えている。具体的には、保護回路９１０は、充電遮断ＦＥＴ９１３と、放電遮断ＦＥＴ９１２を備えている。これらのＦＥＴ９１２、９１３のＯＮ／ＯＦＦ制御は、ＦＥＴドライバ９１１により行われる。またＦＥＴドライバ９１１は、保護制御回路９１５により制御される。保護制御回路９１５は、各電池セル３１毎に設けられたセル制御回路９１６からの検出結果に基づいて、ＦＥＴ９１２、９１３のＯＮ／ＯＦＦを制御し、電池セルを保護する。各セル制御回路９１６は、互いに並列接続された電池セル３１（電池セル３１は電池セルを適宜直列並列接続された状態で接続してもよい）を個別に監視する電池監視回路３３（本発明の実施例の電池監視回路３３に相当する）、第二電池監視回路３３Ｂ（本発明の実施例の第二電池監視回路３３Ｂに相当する）の検出結果を、個別に収集し、保護制御回路９１５に送出する。さらに保護制御回路９１５は、いずれかの電池セルで異常が発生したことを検出すると、ＦＥＴ９１２、９１３をＯＦＦして電流を遮断すると共に、異常信号を外部のシステムコントローラ５等に送出する。
この構成の電池パック９２０では、電池パック毎に保護回路としてＦＥＴやその駆動回路を設ける必要があり、回路が複雑化する。特に使用する電池セル数や電池パック数が多くなる程、構成面、コスト面等で不利となる。これに対して、上述した実施例に係る電源装置では、保護回路を外付けとして共通化を図り、また各電池パックとの間でＲＳ−４８５等を用いた通信によって異常信号をやりとりできるため、統一的、集中的な管理が可能となり、管理や制御のし易さ、信頼性の面でも有利となる。
【００４８】
なお、図２の例では、放電スイッチＤＳを負荷ＬＤ側に、充電スイッチＣＳを保護ユニット２側に設けたが、この構成に限られるものでない。例えば充電スイッチを保護ユニットから省略したり、あるいは電池パック側に充放電スイッチを設けることもできる。一例として、放電スイッチＤＳのみならず、充電スイッチＣＳも外付けにした電源装置２００の例を、図５に示す。この例では、充電スイッチＣＳ及び放電スイッチＤＳの制御は、システムコントローラにより行われる。これにより、保護ユニット側の構成や制御を簡素化でき、システムコントローラ側で一元的に充放電を管理できる利点が得られる。あるいは、各電池パック２０側に充電スイッチを設けてもよい。この場合の充電電流の制御は、各電池パック２０に設けられた充電スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御により行われる。これにより、各電池パック２０を同時に、異なる充電電流で充電できる利点が得られる。また、同様に充電スイッチに代えて、又はこれに加えて、放電スイッチを各電池パックに設けることもできる。特に放電電流の制御は、過放電を防止する意味からも重要であり、充電電流以上の大電流が通電される可能性があることから、電池セルの保護を図るために重要となる。
（複数の電池パック２０の接続例）
【００４９】
また図２の例では、電池パック２０１個のみを保護ユニット２に接続する例を説明したが、複数の電池パックを直列又は並列に接続することも可能である。図６に、複数の電池パック２０を用いて電源装置３００を構築する例を示す。この図においては、複数の電池パック２０同士を直列に接続して電池ユニット１０を構築し、さらに複数の電池ユニット１０同士を並列に接続している。図６の例では、３個の電池パック２０を直列に接続して電池ユニット１０を構成し、さらに２個の電池ユニット１０を接続して電池モジュール１を構成している。このように、複数の電池セル又は電池ブロックを備える電池パックをユニット式とすることで、任意の数の電池パックを直列及び／又は並列に接続して、用途等に応じて所望の電圧、電流に調整できる。
【００５０】
このように、複数の電池パックを接続して大型化の電源装置を構築可能とすることにより、接続数を調整して大規模用途にも容易に対応できる。また、いずれかの電池セルに異常が発生しても、異常な電池セルを含む電池パックのみを切り離して交換可能とすることで、電池交換に要する費用を削減できる利点も得られる。
（電池ユニット１０）
【００５１】
電池ユニット１０は、複数の電池パック２０を連結して構成される。各電池ユニット１０は、出力ラインＯＬと接続される。なお図６の例では、電池ユニット１０Ａ、１０Ｂは同じものを使用している。また図の例では２つの電池ユニット１０を使用しているが、３以上の電池ユニットを使用することも可能であることはいうまでもない。
【００５２】
複数の電池パック２０を接続した電池ユニット１０は、いずれかの電池パック２０を親パックとして機能させ、他の電池パック２０を子パックとして、親パックで管理する。親パックは、子パックの状態を監視し、保護制御回路３に対して報告する。図６の例では、親パックと子パックは同じ電池パック２０で構成している。すなわち電池パック２０を共通化し、接続形態によって親パックとしても子パックとしても機能させることで、製造コストを削減している。図６の例では、各電池ユニット１０の一番下に接続した電池パック２０を親パックとして、他の電池パック２０を子パックとしている。
【００５３】
図６の電池パック２０は、信号端子と電源端子を備える。電池パック２０は、パック制御回路３９の信号端子として、パック入出力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、子側パック接続端子ＤＯとを備えている。パック入出力端子ＤＩは、他のパック電池や保護制御回路３からの信号を入出力するための端子であり、子側パック接続端子ＤＯは子パックである他のパック電池や保護制御回路３に対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子ＤＡは、パック電池の異常を外部に出力するための端子である。図６の例では、パック異常出力端子ＤＡはＯＲ回路４と接続されている。このようなパック入出力端子ＤＩ、子側パック接続端子ＤＯは、通信により、パック異常出力端子ＤＡと同様に、パック異常出力端子としても機能している。
【００５４】
一方で電池パック２０は、電池セル３１同士を接続したパック出力端子として、正極端子と負極端子を備えている。電池パック２０間では、正極端子と負極端子を接続して、電池パック２０同士を直列に接続し出力電圧を増している。
【００５５】
また図６の各電池ユニット１０は、１台の親パックと複数の子パックを含んでいる。親パックと子パックは、数珠繋ぎ状に接続される。ここでは、隣接する電池パック２０間で、信号端子同士を接続するため、前段の子側パック接続端子ＤＯを、次段の電池パック２０のパック入力端子ＤＩと接続している。また親パックのパック入出力端子ＤＩは保護制御回路３の出力と接続されている。さらに最終段の子パックの子側パック接続端子ＤＯはどこにも接続せず開放としている。また、このようなデイジーチェーン接続方式においては、最終段の子パックの子側パック接続端子ＤＯに、ターミネータ（終端抵抗）等、ラインの終端位置であることを示す終端接続具を接続してもよいことはいうまでもない。
【００５６】
これらパック入出力端子ＤＩ、子側パック接続端子ＤＯは２線の信号線であり、保護制御回路３との間で信号のやりとりをデータ通信により行う。データ通信には、例えば送信先を指定したパケット通信が利用できる。各電池パック２０には、予め固有のＩＤ番号が付与されており、パケット通信されるデータパケットには、送信先の電池パックのＩＤ番号と、該電池パックに対する命令とが含まれる。これによって、共通の通信ライン上で各電池パックに対して個別のデータ通信を行うことが可能となる。なお各電池パックに固有のＩＤ番号を付与する方法としては、例えば電池パックの接続形態に応じて、保護制御回路が自動的にＩＤを割り振る方法や、各電池パック毎にディップスイッチ等で手作業で個別にＩＤ番号を設定する方法等が適宜利用できる。
【００５７】
このような接続によって、ＲＳ−４８５等の通信方式（例えばマスター、スレーブの関係を利用した通信方式）を利用して、親パックは、各子パックの電池情報（電池電圧、温度、異常情報等）を入手することができる。これら各種情報等の信号は、親パックから保護制御回路３に対し、ＲＳ−４８５等の通信方式により通信することができる。
【００５８】
図６の例では、各電池ユニット１０は、１個の親パックと４個の子パック（各ユニットは、図においては縦方向に３個のみ図示し、２個の図示は省略している）を接続して、計５個の電池パック２０を接続して１個の電池ユニット１０を構成している。これら電池パック２０間の信号端子同士の接続は、着脱式のコネクタ等を介して行われる。これにより、電池パック２０の接続、交換作業を容易にでき、メンテナンス時に有利となる。
【００５９】
またパック異常出力端子ＤＡは、それぞれＯＲ回路４に接続される。ＯＲ回路４は、電池ユニット１０毎に設けられている。このため各ＯＲ回路４は、各電池ユニット１０において、１個の親パック及び４個の子パックと各々接続されている。各ＯＲ回路４は、いずれかの電池パック２０から停止信号（異常信号）が出力されると、上記保護回路の項にて説明したように電流を遮断する。このような異常としては、過充電、過放電の異常等がある。また保護制御回路３は、異常発生を受けて電池パック交換を告知し、ユーザに対して問題の生じた電池パックの交換を促す。ユーザは該当する電池パックのみを交換することで、電源システムを復旧させることができる。この構成は、問題の生じた電池パックのみを交換可能として修理コストを低減すると共に、交換作業もコネクタの着脱で簡素化できるため、メンテナンスの作業性も向上できる。
【００６０】
なお、電池監視回路３３からはＡＤ変換された電池電圧値等が、パック制御回路３９に出力される。各パック制御回路３９においては、電池電圧値より過放電、過充電等の判定が行われ、このような過放電、過充電等の異常であれば、子パックより親パックに異常の情報が伝達される。また、各電池パックの電池電圧値等が、子パックより親パックに情報として伝達される。
【００６１】
各電池ユニット１０において、親パックのパック制御回路３９は、子パック又は親パックが、異常であれば、保護制御回路３に通信する。そして、保護制御回路３から、ＯＲ回路４を介して、出力ラインＯＬに設けられた並列接続スイッチ（図示せず）をオフとする。また、親パックのパック制御回路３９は、子パック、親パックの電池電圧値を入手し、親パックのパック制御回路３９が合計し、その合計値を、保護制御回路３に通信している。
（保護制御回路３）
【００６２】
保護ユニット２の保護制御回路３は、各電池ユニット１０及びＯＲ回路４と接続され、これらを制御する。図６に示す電源装置３００は、２台の電池ユニット１０Ａ、１０Ｂを並列に接続し、保護制御回路３で制御して負荷ＬＤを駆動すると共に、充電用電源ＣＰにより各電池ユニット１０を充電する。この保護制御回路３は、上述の通り放電モード、充電モードに応じて、スイッチ類のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う。さらに保護制御回路３は、各電池ユニット１０からの信号として、親パック２０のパック入出力端子ＤＩを介して、電池ユニット１０からの異常信号を受ける。この保護制御回路３はマイコンやＭＰＵ等で構成できる。
【００６３】
図６の例では、電池ユニット１０を２台接続した例を説明したが、電池ユニットを３台以上接続することも可能であることはいうまでもない。またこの例では、一の保護ユニット２の保護制御回路３ですべての電池ユニットを制御しているが、電池ユニット数が多い場合は複数台の保護ユニットで制御するよう構成してもよい。さらに図６の例では、保護制御回路は電池ユニットと個別に用意しているが、いずれか一の電池ユニットに保護ユニットを統合することもできる。この際には、親パックの電池パック２０のパック制御回路３９に保護制御回路の機能を統合することもできる。
【００６４】
また保護制御回路３は、システムコントローラ５等の外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図６の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４８５等の既存の通信プロトコルに従い、システムコントローラ５等の外部機器と接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。例えば保護ユニットに操作部としてキーボードやマウス、タッチパネルやコンソール等の入力デバイスを接続し、最大電流量を規定したり、接続された電池ユニットの使用可否を設定できる。また、電池パックに異常が発生した際にユーザに告知するための表示パネルや表示灯を設けてもよい。
（ＯＲ回路４）
【００６５】
ＯＲ回路４は、共通のバスラインを介して保護制御回路３と接続される。各電池ユニット１０毎に設けられたＯＲ回路４は、保護制御回路３に接続される。後述するように、保護制御回路３は、各電池ユニット１０において、親パックのパック制御回路３９から、異常信号を受け取り、電池パック２０交換をユーザに告知する。電池パック交換は、例えば保護制御回路３と接続した通信インターフェースからシステムコントローラ５等に出力する他、保護制御回路３に設けたディスプレイや表示灯等で電池パック交換を表示し、ユーザに画面表示や表示灯の点灯等によって告知することができる。
【００６６】
なお図６の例の構成に限られず、例えば各パック異常出力端子の出力を直接、保護制御回路側に送出することも可能である。
（第二均等化回路２４）
【００６７】
さらに各電池パック２０は、第二均等化回路２４として、第二制限抵抗２５と第二均等化スイッチ２６の第二直列回路を備えている。この第二直列回路は、図２に示すように各電池パック２０と並列に接続されており、電池パック２０同士の不均一を、第二均等化回路２４によって解消できる。
（第二均等化回路２４による均等化動作）
【００６８】
各第二均等化回路２４は、各電池パック２０のパック電圧を均等化してアンバランスを解消する。図６の第二均等化回路２４は、パック電圧が高い電池パック２０を第二制限抵抗２５で放電して、アンバランスを解消する。ただ本発明は、均等化回路を、制限抵抗で電池を放電する回路に特定しない。例えば、均等化回路は、電圧の高い電池をコンデンサや電池等の蓄電器に放電して蓄電器に蓄電し、この蓄電器の電荷を電圧の低い電池に放電して、電池の電圧差を解消することもできる。
【００６９】
図６の第二均等化回路２４は、第二制限抵抗２５に第二均等化スイッチ２６を直列に接続している第二直列回路を備え、保護制御回路３又は後述するパック制御回路３９が各々のパック電圧を検出して、第二均等化スイッチ２６をＯＮ／ＯＦＦに制御して、電池ユニット１０内において電池パック２０の均等化を行う。第二制限抵抗２５と第二均等化スイッチ２６の第二直列回路は、各々の電池パック２０と並列に接続している。この第二均等化回路２４は、電池パック２０のパック電圧が高くなるときに、パック制御回路３９で第二均等化スイッチ２６をＯＮに切り変えて、第二制限抵抗２５で電池パック２０を放電させて電池パック２０の電圧を低下して均等化する。
【００７０】
マイコンを備えるパック制御回路３９は、各々の電池パック２０のパック電圧を比較して、全ての電池パック２０のパック電圧を均等化するように第二均等化スイッチ２６を制御する。このパック制御回路３９は、所定の閾値電圧（パック閾値）よりも高い電池パック２０に接続している第二直列回路の第二均等化スイッチ２６をＯＮに切り変えて放電させる。電池パック２０は放電するに従って電圧が低下する。第二均等化スイッチ２６は、電池パックの電圧が他の電池パックとバランスするまで低下すると、ＯＮからＯＦＦに切り変えられる。第二均等化スイッチ２６がＯＦＦになると、電池パックの放電は停止される。このように、パック制御回路３９は、高いパック電圧の電池パックを放電して、全ての電池パックのパック電圧をバランスさせる。
（バランス判定機能）
【００７１】
さらにパック制御回路３９は、バランス判定機能を備えることもできる。このパック制御回路３９は、各電池ユニット１０における直列接続された電池パック２０の電圧を、上述の第二均等化回路２４により、第二均等化回路２４で均等化するよう制御を行う。上述のように、各電池ユニット１０において、親パックとしての電池パック２０のパック制御回路３９が、通信により、各電池パック２０の電圧を取得し、比較して、放電することでバランスを維持する。
（第三均等化回路３４）
【００７２】
さらに各電池ブロック３０は、電池ブロック間の不均一を解消するための第三均等化回路３４を備えている。第三均等化回路３４は、電池ブロック毎に各々並列に接続されている。この第三均等化回路３４は、各々の電池ブロック３０と並列に接続された、第三制限抵抗３５と第三均等化スイッチ３６の第三直列回路を備える。これら第三均等化スイッチ３６を第三均等化スイッチ３６は、パック制御回路３９によってＯＮ／ＯＦＦを制御される。
（第三均等化回路３４による均等化動作）
【００７３】
各第三均等化回路３４は、各電池ブロック３０のブロック電圧を均等化してアンバランスを解消する。図２の第三均等化回路３４は、ブロック電圧が高い電池ブロック３０を第三制限抵抗３５で放電して、アンバランスを解消する。この第三均等化回路３４は、第三制限抵抗３５に第三均等化スイッチ３６を直列に接続している第三直列回路を備え、パック制御回路３９が各々のブロック電圧を検出して、第三均等化スイッチ３６をＯＮ／ＯＦＦに制御して、電池ユニット内において電池ブロック３０の均等化を行う。第三制限抵抗３５と第三均等化スイッチ３６の第三直列回路は、各々の電池ブロック３０と並列に接続している。この第三均等化回路３４は、いずれかの電池ブロック３０のブロック電圧が所定の閾値電圧（ブロック閾値）よりも高くなるときに、パック制御回路３９で、この電池ブロック３０の第三均等化スイッチ３６をＯＮに切り変える。これにより、電池ブロック３０は第三制限抵抗３５で放電され、ブロック電圧が低下される。所定のブロック電圧まで低下されると均等化を終了し、第三均等化スイッチ３６をＯＮからＯＦＦに切り変える。パック制御回路３９は、各々の電池ブロック３０のブロック電圧を比較して、全ての電池ブロック３０のブロック電圧を均等化するように第三均等化スイッチ３６を制御する。
【００７４】
このように電源装置３００は、電池ユニット間のアンバランスを第一均等化回路で解消し、各電池ユニット内の電池パック間のアンバランスを第二均等化回路２４で解消し、さらに各電池パック内の電池ブロック３０間のアンバランスを第三均等化回路３４で解消する。このように、三段階のグループに分けて均等化を行うことで、多数の電池セルを使用する電源装置においても効率よくアンバランスを解消でき、電池セルを長期に渡って安定して使用できるようにして信頼性を改善できる。特に多数の電池セルを使用して出力を向上させた大型の電源装置においては、いずれかの電池セルが使用不能となることで、電源装置全体が使用できなくなるおそれがあるため、各電池セルを可能な限り安定して使用できるようにすることが重要となる。そこで、電池セル間のアンバランスを極力低減してセルバランスを維持した状態で使用することで、このような問題に対処できる。
【００７５】
図６に示す電源装置は、この図では示していないが、出力側に突入電流防止回路を接続することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る電源装置は、夜間電力や太陽電池パネルで充電して使用する家庭用、プラント用の電源装置等に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１００、２００、３００…電源装置
１…電池モジュール
２、２Ｂ…保護ユニット
３…保護制御回路
４…ＯＲ回路
５…システムコントローラ
７…入力側電力変換器
８…出力側電力変換器
１０、１０Ａ、１０Ｂ…電池ユニット
２０…電池パック
２４…第二均等化回路
２５…第二制限抵抗
２６…第二均等化スイッチ
２９…温度センサ
３０…電池ブロック
３１…電池セル
３２…電流ヒューズ
３２Ｐ…ＳＣＰ
３３…電池監視回路
３３Ｂ…第二電池監視回路
３４…第三均等化回路
３５…第三制限抵抗
３６…第三均等化スイッチ
３７…パック電流検出回路
３８…レギュレータ
３９…パック制御回路
７３…予備的充電回路
７４…予備充電用スイッチ
７４ＣＳ…充電遮断ＦＥＴ
７４ＤＳ…放電遮断ＦＥＴ
７５…抵抗
９１０…保護回路
９１１…ＦＥＴドライバ
９１２…充電遮断ＦＥＴ
９１３…放電遮断ＦＥＴ
９１５…保護制御回路
９１６…セル制御回路
９２０…電池パック
ＢＲＳＷ…ブレーカスイッチ
ＢＰＳＷ…電池パック接続スイッチ；ＰＳＳＷ…電源接続スイッチ
ＣＳＳＷ…充電遮断スイッチ；ＤＳＳＷ…放電遮断スイッチ
ＬＤ…負荷；ＣＰ…充電用電源
ＤＳ…放電スイッチ；ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン
ＤＩ…パック入出力端子（パック異常出力端子）；ＤＡ…パック異常出力端子（パック異常出力端子）；ＤＯ…子側パック接続端子（パック異常出力端子）
ＨＩ…保護側入出力端子
ＡＣ…商用電源；ＡＳ…商用電源切替スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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