(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２個以上のリチウムイオン２次電池により構成した組電池を蓄電手段とした蓄電システムにおいて、電池表面若しくは電池周囲の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段で予め設定した第１の制限温度以上の温度を計測したら動作する冷却手段と、前記温度計測手段で予め設定した第２の制限温度以下の温度を計測したら動作する加熱手段とを具備し、
前記冷却手段は前記蓄電手段より給電して放電時のみに動作するように構成し、前記加熱手段は夜間電力より給電して前記蓄電手段へ夜間電力で行う充電時のみに動作するように構成し、
前記加熱手段と前記加熱手段の通電率を加減する加熱制御手段とを直列接続した加熱回路を、前記蓄電手段を構成する各２次電池に並列に設け、前記温度計測手段で計測した温度が前記第２の制限温度以下のときに、各電池の端子間電圧に対応させて前記加熱手段の通電率を加減するように構成したことを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
各電池に並列に前記加熱回路とともに放電回路を設け、各電池の充電時に電池の端子間電圧が予め設定した所定の電圧値以上で且つ温度計測手段の計測温度が前記第２の制限温度以上になったときにのみ、係る電池に並列に設けた放電回路を動作させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄電システムに関する。更に詳しくは蓄電手段としてリチウムイオン２次電池を複数個用いた組電池により構成した蓄電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも２個以上のリチウムイオン２次電池により構成した組電池において、電池表面の温度の異常上昇を検知して回路を遮断し、組電池の保護を図ることが、特開平5−62714号公報に提示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のリチウムイオン２次電池の組電池はビデオカメラやパソコン等の携帯機器に使用することが想定されていたので、電池の温度検出は電池の異常温度上昇を対象して使用者の安全確保のための保護に利用されており、電池の充放電性能が周囲温度の低下により低下することに対する配慮がされていなかった。特に屋外に設置され、主に夜間に充電して昼間に放電する中・大形の蓄電システムでは周囲温度が低く充電し難い夜間に蓄電し、周囲温度が高く電池の温度が上がりやすい昼間に放電するために、従来の技術では保護には有効であるが電池の性能を有効利用できないという課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
係る課題を解決するため、本発明では、少なくとも２個以上のリチウムイオン２次電池により構成した組電池を蓄電手段とした蓄電システムにおいて、電池表面若しくは電池周囲の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段で予め設定した第１の制限温度以上の温度を計測したら動作する冷却手段と、前記温度計測手段で予め設定した第２の制限温度以下の温度を計測したら動作する加熱手段とを具備し、前記冷却手段は前記蓄電手段より給電して放電時のみに動作するように構成し、前記加熱手段は夜間電力より給電して前記蓄電手段へ夜間電力で行う充電時のみに動作するように構成し、前記加熱手段と前記加熱手段の通電率を加減する加熱制御手段とを直列接続した加熱回路を、前記蓄電手段を構成する各２次電池に並列に設け、前記温度計測手段で計測した温度が前記第２の制限温度以下のときに、各電池の端子間電圧に対応させて前記加熱手段の通電率を加減するように構成したことを特徴とする蓄電システムとした。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図により説明するが、これらは本発明の範囲を制限しない。以下に夜間電力で充電し、夜間電力給電時以外に放電する据え置き型蓄電システムの例を説明する。図１は３直１並の組電池を用いた据え置き型蓄電システムのブロック構成図であり、１ａ，１ｂ，１ｃはリチウムイオン２次電池（以下電池という）である。各リチウムイオン２次電池は直列に接続して組電池として蓄電システムの蓄電手段２を構成し、各電池１ａ，１ｂ，１ｃの両端子は全体制御部３に接続してあり、該全体制御部３で各電池１ａ，１ｂ，１ｃの端子電圧を常時監視している。４は電池１ａ，１ｂ，１ｃの周囲温度を検知する温度計測手段であり、係る温度計測手段４の両端は前記の全体制御部３に接続してあり、係る全体制御部３で電池１ａ，１ｂ，１ｃの周囲温度を常時監視している。直列接続した電池１ａ，１ｂ，１ｃの正極側には充放電制御部５が接続してあり、係る充放電制御部５により電池１ａ，１ｂ，１ｃへの充放電の切り換えと充放電時の電圧，電流の双方向制御を行っている。
【０００６】
充放電制御部５は全体制御部３と接続してあり、充放電制御部５は全体制御部３からの信号により動作する。各電池１ａ，１ｂ，１ｃには並列にそれぞれ加熱手段６ａ，６ｂ，６ｃと加熱制御手段７ａ，７ｂ，７ｃとを直列接続して構成した加熱回路８ａ，８ｂ，８ｃが接続してある。また、各電池１ａ，１ｂ，１ｃには並列にそれぞれ放電抵抗９ａ，９ｂ，９ｃと放電制御手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃとを直列接続して構成した放電回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃが接続してある。
【０００７】
これらの加熱回路８ａ，８ｂ，８ｃ及び放電回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃは全体制御部３により、温度計測手段４での計測温度と各電池１ａ，１ｂ，１ｃの端子間電圧とに応じて制御されている。充放電制御部５の入出力側には電池冷却用ファン１２とファン制御部１３との直列回路が正極側電源線１４と負極側電源線１５との間に接続してあり、該ファン制御部１３は全体制御部３と接続してあり、係る全体制御部３により制御されている。前記正極側電源線１４及び負極側電源線１５は電圧変換部１６に接続してあり、係る電圧変換部１６で充放電時の交流直流双方向変換と電圧レベル変換とを行っている。
【０００８】
該電圧変換部１６には系統切換部１７が接続してあり、係る系統切換部１７には充電のための深夜電力接続端子部１８と放電のための負荷接続端子部１９とが接続してあり、系統切換部１７により充電時・放電時に電圧変換部１６と深夜電力接続端子部１８または負荷接続端子部１９との接続を切り換えている。これらの電圧変換部１６と系統切換部１７は全体制御部３と接続してあり、全体制御部３により制御されている。図２は配置平面図であり、本実施例の主要部品の配置例を示している。尚、本配置図は一例を示したものであって、本発明の範囲を限定するものではない。筺体２０の中に電池１ａ，１ｂ，１ｃが電池冷却用ファン１２に対向する位置に横に並べて配置してあり、電池１ｂの近傍に電池１ａ，１ｂ，１ｃの周囲温度を計測する温度計測手段４が配設してあり、各電池１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに近接して加熱手段６ａ，６ｂ，６ｃが配置されており、各電池１ａ，１ｂ，１ｃを概ね同様に加熱できるようにしている。
【０００９】
電池冷却用ファン１２には送風ガイド２１が取り付けてあり、各電池１ａ，１ｂ，１ｃを概ね同様に空冷できるようになっている。これらの加熱手段６ａ，６ｂ，６ｃ，電池冷却用ファン１２，電池１ａ，１ｂ，１ｃを制御する全体制御部３を含む制御回路部２２は電池１ａ，１ｂ，１ｃの発熱や漏液等の影響を受ける恐れのない電池１ａ，１ｂ，１ｃの側面側に配置してあり、該制御回路部２２の発熱も電池１ａ，１ｂ，１ｃに影響を与えないようにしている。
【００１０】
次に、本実施例の基本動作を図３の動作フローで説明する。図３の動作フローは本実施例の蓄電システムの充放電処理部の部分フローチャートである。本実施例では全体の処理フローの中でこの動作フローを定期的に繰り返し通る。本実施例での充放電処理は、まず電池１ａ，１ｂ，１ｃの周囲温度を温度計測手段３で計測し（２３）、次に全体制御部２により各電池１ａ，１ｂ，１ｃの端子間電圧を測定する（２４）。温度計測手段３で計測した温度が予め設定した充放電が可能な正常温度範囲内にあるかどうかを調べ（２５）、正常温度範囲内にある場合には端子間電圧が予め設定した充放電が可能な正常範囲内にあるかどうかを調べ（２６）、温度または端子間電圧が正常範囲外の場合には異常とみなして所定の異常対応処理を行い（２７）充放電処理は行わずに次の処理に移る。
【００１１】
電池１ａ，１ｂ，１ｃの端子間電圧がいずれも正常範囲内の場合には、各電池の端子間電圧がいずれも予め設定した放電可能電圧値以上かどうかを調べ(２８)、各電池が放電可能な電圧である場合には放電するかどうかを調べる（２９）。電池１ａ，１ｂ，１ｃの端子電圧のいずれも放電可能電圧値以上で放電する場合には充電停止処理を行った後（３０）に所定の放電処理を行い（３２）、電池１ａ，１ｂ，１ｃの端子電圧のいずれかが放電可能電圧値を下回るか放電をしない場合には放電停止処理を行う（３１）。
【００１２】
放電を停止した後に各電池の端子間電圧が充電可能電圧範囲内にあるかどうかを調べ（３３）、各電池のいずれの端子間電圧も充電可能電圧範囲にある場合には充電するかどうかを調べ（３４）、充電する場合には所定の充電処理を行い（３５）、充電しない場合及び各電池の端子間電圧のいずれかが充電可能電圧範囲外の場合には所定の充電停止処理を行う（３６）。尚、本動作フローでは記載していないが、本実施例では夜間電力で充電するので夜間電力が給電されている場合にのみ充電する。
【００１３】
上記の放電処理，充電処理若しくは充電停止処理のいずれかが終了した後に、温度計測手段３により計測した電池周囲温度が予め設定した第１の制限温度より高いかどうかを調べ（３７）、電池周囲温度が第１の制限温度以上に高い場合には蓄電システムが放電中かどうかを調べ（３８）、放電中である場合には電池冷却用ファン１２を回して送風し（３９）各電池を空冷する。電池周囲温度が第１の制限温度よりも低い場合及び放電中でない場合には電池冷却用ファン１２を停止させる処理を行う（４０）。電池冷却用ファン１２を停止した後に前記電池周囲温度が予め設定した第２の制限温度よりも低いかどうかを調べ（４１）、電池周囲温度が第２の制限温度以下である場合には蓄電システムが充電中かどうかを調べ（４２）、蓄電システムが充電中である場合には全体制御部３より信号を出して、加熱制御手段７ａ，７ｂ，７ｃの内の１つ以上を導通させて加熱手段６ａ，６ｂ，６ｃの内の１つ以上に通電し（４３）、電池１ａ，１ｂ及び１ｃを加熱する。
【００１４】
このとき、各電池の端子間電圧の値の大きさに応じて前記加熱制御手段７ａ，７ｂ，７ｃの導通率を制御することにより、各電池の端子間電圧の大きいものほど各加熱制御手段の導通率を大きくし、加熱手段６ａ，６ｂ，６ｃの通電率を加減して（４４）、各電池に充電される電荷量を加減することにより各電池間の充電量のばらつきを補正する。また、蓄電システムが充電中でない場合、電池周囲温度が第２の制限温度よりも高い場合、及び放電中で電池冷却用ファン１２で送風している場合には加熱制御手段７ａ，７ｂ，７ｃを遮断して加熱手段６ａ，６ｂ，６ｃへの通電を停止して各電池への加熱を停止する（４５）。
【００１５】
各電池への加熱を停止した後、各電池間の端子間電圧の大きさに予め設定した許容値以上のばらつきがあるかどうかを調べ（４６）、各電池間の端子間電圧のばらつきが大きい場合には、各電池の端子間電圧が全て予め設定した放電可能電圧以上で、かつ電池周囲温度が第２の制限温度以上であるかどうかを調べ(４７)、全ての電池の端子間電圧が放電可能電圧以上でかつ電池周囲温度が第２の制限温度以上である場合に、各電池の端子間電圧の大きさに応じて、放電制御手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃを制御して、放電回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃの通電率を加減して、各電池間の端子電圧のばらつきを補正する（４８）。係る処理をし
た後に次の処理に移る。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも２個以上のリチウムイオン２次電池により構成した組電池を蓄電手段とした蓄電システムにおいて、電池表面若しくは電池周囲の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段で予め設定した第１の制限温度以上の温度を計測したら動作する冷却手段と、前記温度計測手段で予め設定した第２の制限温度以下の温度を計測したら動作する加熱手段とを具備したので、電池周囲温度を計測して電池を加熱または冷却して効率よく且つ安全な温度で電池の充放電を行うことができる。
【００１７】
また、充電を夜間電力により行えるようにしたので、料金の安い夜間電力を利用して充電し、電気料金の高い昼間に使用して電力料金を低減できる。また、冷却手段は蓄電手段より給電して放電時のみに動作するように構成し、加熱手段は充電時のみに動作するように構成することにより、発熱反応であるリチウムイオン電池の放電を電池周囲温度が高い昼間に行う場合に冷却手段により、電池の温度上昇を未然に防ぐことができ、安全性の高い蓄電システムを供給できる。
【００１８】
また、電池の充電量が大きいほど電池の危険性は増すが、電池で構成した蓄電手段より給電して冷却するため、充電量が大きいほど冷却力を大きくでき、安全性を上げられ、吸熱反応で且つ電池の周囲温度が低い夜間に行う充電時にのみ加熱を行うことにより、電池に十分に充電でき、更に加熱のための電力は夜間電力より給電されることになるため、電池の充電量を減少させることがない。
【００１９】
また、加熱手段と加熱制御手段とを直列接続した加熱回路を、蓄電手段を構成する各電池に並列に設け、温度計測手段で計測した温度と各電池の端子間電圧に対応させて加熱手段に流す電流を加減するように構成したので、電池の充放電性能が低下する低温時に端子間電圧が高い電池に並列に接続した加熱手段に流す電流を大きくすることにより、電池間の端子間電圧のばらつきを補正しながら電池周囲温度を上げることにより電池の充放電性能を向上できる。
【００２０】
また、各電池に並列に加熱回路とともに放電回路を設け、各電池の充電時に電池の端子間電圧が予め設定した所定の電圧値以上で、且つ温度計測手段の計測温度が予め設定した所定温度以上になったときにのみ、係る電池に並列に設けた放電回路を動作させるように構成することにより、加熱回路を動作させない場合でも各電池間の端子間電圧のばらつきが生じたときにばらつきの補正を行うことができる。
【００２１】
更に、加熱回路の動作中でも電池間のばらつきが大きい場合には、放電回路を同時に動作させることにより、短時間でばらつきの補正ができ、組電池を構成する各電池のばらつきの許容範囲を大きくでき、特に直列接続の電池個数が多く大形の電池を使用する蓄電システムでは、電池の容量の許容ばらつき範囲を大きくでき、電池生産時の歩留まりを向上でき蓄電システムの原価低減に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】夜間電力で充電する３直１並の組電池を蓄電手段とした据え置き型蓄電システムのブロック構成図である。
【図２】３直１並の組電池を蓄電手段とした据え置き型蓄電システムの概略配置平面図である。
【図３】蓄電システムの充放電処理部の部分フローチャートである。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ…リチウムイオン２次電池、２…蓄電手段、４…温度計測手段、５…充放電制御部、６ａ，６ｂ，６ｃ…加熱手段、７ａ，７ｂ，７ｃ…加熱制御手段、８ａ，８ｂ，８ｃ…加熱回路、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…放電回路、１２…電池冷却用ファン、１８…深夜電力接続端子部。
【図１】
0003692783.tif 000002
【図２】
0003692783.tif 000003
【図３】
0003692783.tif 000004