(57)【要約】充放電性能を維持しつつ安全な運用を可能とする蓄電池システムを提供する。複数の単電池を有する蓄電池ユニット（２）と、蓄電池ユニット（２）に直列接続された電流制限手段（３）と、を備える複数の蓄電池モジュール（１）が並列接続された蓄電池システム（１００）であって、電流制限手段（３）は、半導体素子（３３，３５）と、半導体素子（３３，３５）に所定電圧を印加することによって、半導体素子（３３，３５）を介した蓄電池ユニット（２）の充放電電流を、半導体素子（３３，３５）の定電流領域に対応する制限電流値以下に制限する電圧印加手段（３１，３２）と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を有する蓄電池ユニットと、前記蓄電池ユニットに直列接続される電流制限手段と、を備える複数の蓄電池モジュールが並列接続される蓄電池システムであって、
前記電流制限手段は、
半導体素子と、
前記半導体素子に所定電圧を印加することによって、前記半導体素子を介した前記蓄電池ユニットの充放電電流を、前記半導体素子の定電流領域に対応する制限電流値以下に制限する電圧印加手段と、を備えること
を特徴とする蓄電池システム。
【請求項２】
前記半導体素子は、ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、又はＩＧＢＴのいずれかであること
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池システム。
【請求項３】
前記電流制限手段は、前記半導体素子とダイオードとが逆並列に接続される逆並列素子ユニットを２組備え、
前記逆並列素子ユニットは、前記電流制限手段の双方向に電流が流れるように、互いに逆向きに直列接続されること
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池システム。
【請求項４】
前記電圧印加手段は、互いに逆向きに直列接続される前記逆並列素子ユニットの中間点を基準として、それぞれの前記半導体素子の制御端子の電位が略同じとなるように電圧を印加すること
を特徴とする請求の範囲第３項に記載の蓄電池システム。
【請求項５】
前記電流制限手段は、前記逆並列素子ユニットが複数組並列に接続される素子モジュールを備えること
を特徴とする請求の範囲第３項に記載の蓄電池システム。
【請求項６】
前記電流制限手段は、前記半導体素子とダイオードとが順方向に直列に接続される直列素子ユニットを２組備え、
前記直列素子ユニットは、前記電流制限手段の双方向に電流が流れるように、互いに逆並列に接続されること
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池システム。
【請求項７】
それぞれの前記電圧印加手段を制御することによって、前記電圧印加手段から前記半導体素子に印加する電圧を制御する制御手段を備え、
前記制御手段がそれぞれの前記電圧印加手段に対して送信する制御信号に応じて、前記電圧印加手段に対応する前記半導体素子の動作点を、定電流領域と遮断領域とで切り替え可能であること
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記電圧印加手段が前記半導体素子の制御端子へ印加する電圧を変化させることによって、前記制限電流値を可変とすること
を特徴とする請求の範囲第７項に記載の蓄電池システム。
【請求項９】
前記電流制限手段に印加される電圧、及び、前記制限電流手段を通流する電流を監視する監視手段を備え、
前記制御手段は、前記監視手段から入力される電圧値及び電流値に基づいて、前記電流制限手段の制限電流値を調整すること
を特徴とする請求の範囲第７項に記載の蓄電池システム。
【請求項１０】
前記電流制限手段の温度を監視する監視手段を備え、
前記制御手段は、前記監視手段から入力される温度の値に基づいて、前記電流制限手段の制限電流値を調整すること
を特徴とする請求の範囲第７項に記載の蓄電池システム。
【請求項１１】
複数の前記電圧印加手段からの配線が一本に共通化されて前記制御手段に接続されること
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池システム。
【請求項１２】
前記制御手段と、それぞれの前記電圧印加手段とは、個別の配線で接続されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電池ユニットが並列に接続された蓄電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化ガスの低減や省エネルギの観点から、太陽光発電システムや風力発電システムなどの導入が進められている。そして、発電によって生成された電力を貯蔵して有効に利用するために、電力系統に大規模な蓄電池システムを導入することが検討されている。なお、大規模な蓄電池システムは、様々な環境下において長期間に亘って使用されることが想定されるため、厳しい環境条件で使用されても高い信頼性を維持することが要請される。【０００３】
そこで、個々の単電池（セル）の取り扱い、運搬、及び管理などを考慮し、直列又は並列に接続された複数の単電池を蓄電池ユニットとし、この小中規模の蓄電池ユニットを複数個並べて直列又は並列に接続することにより、大規模な蓄電池システムを構成することが行われている。なお、なんらかの原因で短絡が起こった場合に過大な電流が流れることを防ぐため、直列セル群の並列構成が好適であると考えられる。【０００４】
そのような構成にすると、個々の単電池の製造ばらつきや経時変化などによって、それぞれの蓄電池ユニットの電圧や電池容量に差異が生じる場合がある。そうすると、複数の蓄電池ユニットを並列に接続した蓄電池システムでは、蓄電池ユニットごとに流れる充放電電流が均等にならないため、蓄電池システム全体として充放電可能な電力量が大幅に減少する可能性がある。【０００５】
例えば、特許文献１には、複数の電池ユニット（蓄電池ユニット）を並列に接続し、それぞれの電池ユニットから流れる電流を制限するための電流制御素子を備えた組電池システム（蓄電池システム）について記載されている。前記制御手段は、各電池ユニットを流れる電流などに応じて前記電流制御素子に送る信号レベルを制御する。
さらに、特許文献１には、前記電流制御素子として、当該電流制限素子を流れる電流の電流値が、制御手段から入力される電流制御信号に応じて変化するディスクリート素子を使用することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２９０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の組電池システムでは、制御手段が、電池ユニットを流れる電流などに応じて電流制御素子への電流制御信号を出力し、各電池ユニットの充放電電流を制御している。つまり、前記組電池システムでは、電流制限素子を流れる電流などを検出するための検出手段、及び、当該検出手段から入力される検出値に応じた制御を行う制御手段を備える必要がある。
したがって、特許文献１に記載の組電池システムでは、回路構成が複雑になるとともに、部品点数が多くなってしまうという問題がある。【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、充放電性能を維持しつつ安全な運用を可能とする蓄電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を達成するために、本発明に係る蓄電池システムは、複数の単電池を有する蓄電池ユニットと、前記蓄電池ユニットに直列接続された電流制限手段と、を備える複数の蓄電池モジュールが並列接続された蓄電池システムであって、前記電流制限手段は、半導体素子と、前記半導体素子に所定電圧を印加することによって、前記半導体素子を介した前記蓄電池ユニットの充放電電流を、前記半導体素子の定電流領域に対応する制限電流値以下に制限する電圧印加手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、充放電性能を維持しつつ安全な運用を可能とする蓄電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る蓄電池システムの概略的な回路構成図である。
【図２】蓄電池システムが備える電流制限装置の回路構成図である。
【図３】ＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧ＶＤＳとドレイン電流ＩＤＳとの関係を示す特性図である。
【図４】蓄電池システムの回路構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る蓄電池システムが備える電流制限装置の回路構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る蓄電池システムが備える電流制限装置の回路構成図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る蓄電池システムが行う監視制御の流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。
【図１２】本発明の第８実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１３】
≪第１実施形態≫
＜蓄電池システムの構成＞
図1は、蓄電池システムの概略的な回路構成図である。図１に示すように、蓄電池システム１００は、蓄電池モジュール１ａ，１ｂ，・・・，１ｎと、制御部５とを備える。
なお、蓄電池モジュール１ａ，１ｂ，・・・，１ｎは互いに並列接続されている。
【００１４】
蓄電池モジュール１ａは、複数の単電池（セル）が直列に接続された蓄電池ユニット２ａと、電流制限装置３ａとを備え、蓄電池ユニット２ａの正極と蓄電池ユニット２ａの端子Ｂとを接続した構成となっている。また、蓄電池モジュール１ｂ，・・・，１ｎについても、蓄電池モジュール１ａと同様の構成を備えている。
【００１５】
また、それぞれの電流制限装置３ａ，３ｂ，・・・，３ｎは共通の配線４を介して制御部５に接続されている。
制御部５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェースなどの電子回路（図示せず）を含んで構成され、それぞれの電流制限装置３ａ，３ｂ，・・・，３ｎに対してＯＮ信号又はＯＦＦ信号を出力する。ちなみに、通常動作時では、制御部５は全ての電流制限装置３ａ，３ｂ，・・・，３ｎに対してＯＮ信号を出力する。また、蓄電池の取替時やメンテナンス時に、制御部５は各電流制限装置に対してＯＦＦ信号を出力する。
また、各電流制限装置３ａ，３ｂ，・・・，３ｎの端子Ａはそれぞれ正極端子Ｆ＋に接続され、各蓄電池ユニット２ａ，２ｂ，・・・，２ｎの負極はそれぞれ負極端子Ｆ−に接続されている。ちなみに、正極端子Ｆ＋と負極端子Ｆ−には外部負荷(図示せず)が接続される。
【００１６】
図２は、図１に示す電流制限装置の回路構成図である。なお、図２に示す端子Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ、図１に示す端子Ａ，Ｂ，Ｃに対応している。
電流制限装置３ａ（図１参照）は、電圧生成回路３１と、過電流保護回路３２と、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）３３，３５と、ダイオード３４，３６と、を備える。
【００１７】
電圧生成回路３１は、端子Ｈａから供給される電源電圧を予め設定された所定電圧に変換し、過電流保護回路３２を介してＦＥＴ３３のゲート−ソース間に電圧ＶＧＳ１を印加し、ＦＥＴ３５のゲート−ソース間に電圧ＶＧＳ２を印加する。また、電圧生成回路３１に接続されている端子Ｃには、制御部５（図３参照）からＯＮ信号又はＯＦＦ信号が入力される。
なお、電圧生成回路３１の詳細については後記する。
【００１８】
過電流保護回路３２は、ＦＥＴ３３，３５に過電流が流れないようにするための回路である。なお、過電流保護回路３２の詳細については後記する。
また、図２に示すように、ＦＥＴ３３とダイオード３４とが逆並列に接続されて、逆並列素子ユニットを構成している。同様に、ＦＥＴ３５とダイオード３６とが逆並列に接続されて、逆並列素子ユニットを構成している。
【００１９】
そして、これら２組の逆並列素子ユニットが逆向きに直列接続されている。なお、前記の「逆向きに直列接続」とは、ＦＥＴ３３のソースとＦＥＴ３５のソースとが接続されている状態を示している。
また、ＦＥＴ３３のゲートと、ＦＥＴ３５のゲートはそれぞれ、過電流保護回路３２に接続されている。また、ＦＥＴ３３のソース、及び、ＦＥＴ３５のソースはそれぞれ、中間点Ｐから共通の配線を介して過電流保護回路３２に接続されている。
【００２０】
ちなみに、制御部５からＯＦＦ信号が入力されている場合、電圧生成回路３１はゲート電圧ＶＧＳ１、ＶＧＳ２を略ゼロとするように設定されている。この場合、ＦＥＴ１１ａ，１１ｂがＯＦＦ状態になり、蓄電池ユニット５（図１参照）の充放電電流が遮断される。
なお、前記では電流制限装置１ａ（図１参照）について説明したが、電流制限装置１ｂ，・・・，１ｎについても同様の構成を備える。
【００２１】
図３は、ＦＥＴのドレイン−ソース間電圧ＶＤＳとドレイン電流ＩＤＳとの関係を示す特性図である。なお、図３に示す特性図の横軸はドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを表し、縦軸はドレイン電流ＩＤＳを表わしている。
図３に示すように、ＦＥＴが電流を流し始めるときのゲート−ソース間の閾値電圧をＶｔｈとすると、ＶＤＳ＜ＶＧＳ−Ｖｔｈの範囲では、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳとドレイン電流ＩＤＳとの関係が略線形となる線形領域となっている。また、ＶＤＳ≧ＶＧＳ−Ｖｔｈの範囲では、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが変化してもドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが略一定である定電流領域となっている。
【００２２】
ゲート電圧ＶＧＳを変化させると、図３の上下矢印で示すように、ドレイン電流ＩＤＳが変化する。つまり、ゲート電圧ＶＧＳを低くするとドレイン電流ＩＤＳは減少し、ゲート電圧ＶＧＳを高くするとドレイン電流ＩＤＳは増加する。
したがって、ＦＥＴを定電流領域で動作させた場合、ゲート電圧ＶＧＳが一定であれば、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが変化してもドレイン電流ＩＤＳはほとんど変化しない。
ちなみに、ゲート電圧ＶＧＳが、ＶＧＳ＜Ｖｔｈとなる範囲では、ＦＥＴの動作点が遮断領域（弱反転領域）に入るため、ドレイン電流ＩＤＳはほとんど流れなくなる。
【００２３】
図４は、蓄電池システムの回路構成図である。蓄電池ユニット２ａ，・・・，２ｎ、ＦＥＴ３３，３５、ダイオード３４，３６、及び制御部５については図１、図２を用いて説明したので、ここでは電圧生成回路３１及び過電流保護回路３２について詳細に説明する。
なお、以下の記載において、蓄電池ユニット２ａ，・・・，２ｎを総称する場合には、「蓄電池ユニット２」と記載することがあるものとする。また、電流制限装置３ａ，・・・，３ｎなどについても前記と同様とする。
【００２４】
電圧生成回路３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１１と、フォトカプラＩＣ３１２とを備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１１は、電源端子Ｈａを介して供給される電源電圧Ｖccを所定電圧に変換し、当該所定電圧を出力端子Ｖoff，ＶonからフォトカプラＩＣ３１２に供給する。内部共通端子ｃｏｍは、ＦＥＴ３３のソースと、ＦＥＴ３５のソースとに接続されている。出力端子ＶoffはＦＥＴ３３，３５を遮断させる際に所定電圧を出力する端子であり、出力端子ＶonはＦＥＴ３３，３５を定電流領域で動作させる際に所定電圧を出力する端子である。
【００２５】
フォトカプラＩＣ３１２は、フォトカプラＱと、増幅回路Ｓと、バイアス電圧発生回路Ｔと、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）Ｍ１，Ｍ２と、を備える。
フォトカプラＱは、入力された電気信号を光に変換し、その光で受光素子（図示せず）を導通させることにより信号を伝達するものである。なお、前記電気信号は、配線４を介して制御部５から入力される
増幅回路Ｓは、フォトカプラＱから入力される電流を増幅し、バイアス電圧発生回路Ｔに出力する。バイアス電圧発生回路Ｔは、それぞれのＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）を適切に動作させるためのバイアス電圧を発生させる。ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）は、バイアス電圧発生回路Ｔから入力される電圧に応じて、出力端子Ｄを所定電位とする。
【００２６】
つまり、電圧生成回路３１は、制御部５から入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号に応じた所定電圧を、過電流保護回路３２を介してＦＥＴ３３及びＦＥＴ３５に印加するようになっている。
より具体的には、電圧生成回路３１は、制御部５からＯＮ信号が入力されている場合、ＦＥＴ３３，３５のそれぞれに対して略同じ値であるゲート電圧ＶＧＳ１、ＶＧＳ２（例えば、Ｖ１：図３参照）を印加する。
【００２７】
前記ゲート電圧ＶＧＳ１、ＶＧＳ２がそれぞれ、ＦＥＴ３３，３５の閾値電圧Ｖｔｈ（図３参照）より大きい場合、外部負荷（図示せず）から蓄電池ユニット２ａに充電電流が流れるか、又は、蓄電池ユニット２ａから外部負荷に放電電流が流れる。
より具体的には、外部負荷（図示せず）から、端子Ａ、ＦＥＴ３３、ダイオード３６、及び端子Ｂを介して蓄電池ユニット２ａに充電電流が流入する。また、蓄電池ユニット２ａから、端子Ｂ、ＦＥＴ３５、ダイオード３４、及び端子Ａを介して放電電流が外部負荷（図示せず）に流出する。
【００２８】
過電流保護回路３２は、ツェナーダイオードＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、を備える。
ツェナーダイオードＺ１，Ｚ２は互いに逆向きに直列接続されている。抵抗Ｒ３は、ＦＥＴ３３のゲートに一端が接続され、電圧生成回路３１の出力端子Ｄに他端が接続されている。抵抗Ｒ１は、ＦＥＴ３３のゲート−ソース間にツェナーダイオードＺ１，Ｚ２と並列接続されるとともに、抵抗Ｒ３の前記一端に接続されている。
なお、ツェナーダイオードＺ３，Ｚ４、及び、抵抗Ｒ２，Ｒ４はＦＥＴ３５を保護するためのものであり、前記と同様に接続されている。
【００２９】
ツェナーダイオードＺ１，Ｚ２は、ＦＥＴ３３に過剰な充放電電流が流れることを防止するものである。また、ツェナーダイオードＺ３，Ｚ４は、ＦＥＴ３５に過剰な充放電電流が流れることを防止するものである。
抵抗Ｒ１，Ｒ３は、電圧発生回路３１の内部共通端子ｃｏｍに対する出力端子Ｄの電圧を分圧し、ＦＥＴ３３のゲート−ソース間に適切な電圧が印加されるようにするものである。抵抗Ｒ２，Ｒ４についても前記と同様に、適切な電圧がＦＥＴ３５のゲートソース間に印加されるようにするものである。
そして、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とが共通の接続点Ｅを介して電圧生成回路３１の出力端子Ｄに接続されている。
【００３０】
なお、前記では電流制限装置３ａが備える電圧生成回路３１及び過電流保護回路３２について説明したが、電流制限装置３ｂ，・・・，３ｎも同様の構成を備える。
また、フォトカプラＩＣ３１２と制御部５とを接続する配線４は、各電流制限装置３で共通となっている。
ちなみに、電流制限装置３ｂ，・・・，３ｎも、電流制限装置３ａと同様の構成を備えている。
【００３１】
＜作用・効果１＞
（１．制御部からＯＮ信号が入力される場合）
制御部５からＯＮ信号が入力されると、電流制限装置３のＤＣ／ＤＣコンバータ３１１は、前記ＯＮ信号に対応する電圧を出力端子ＶonからフォトカプラＩＣ３１２に出力する。
そして、フォトカプラＩＣは、制御部５から配線４を介して入力されるＯＮ信号の値に応じて、端子Ｄを所定電位とする。
【００３２】
そうすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の内部共通端子ｃｏｍの電位を基準とした電圧ＶＧＳ１，ＶＧＳ２（図２参照）が、端子Ｄの前記電位に応じた所定電圧ＶＯＮとなる。つまり、ＦＥＴ３３，３５のゲート電圧として、電圧ＶＯＮが印加される。
したがって、図４に示す回路において、制御部５からＯＮ信号がフォトカプラＩＣ３１２に入力されると、それぞれのＦＥＴ３３，３５のドレイン電流ＩＤと、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳとが、例えば図３の実線で示す関係になる。
この場合、ＦＥＴ３３，３５のゲート電圧は閾値電圧Ｖｔｈよりも高いため、ＦＥＴ３３，３５の特性は遮断領域に入っていない。
【００３３】
ここで、図２に示す端子Ａ，Ｂ間に印加される電圧が小さい場合には、ＦＥＴ３３，３５のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳも小さくなるため、図３に示すように、ＦＥＴ３３，３５は線形領域で動作する。
また、図２に示す端子Ａ，Ｂ間に印加される電圧が大きい場合には、ＦＥＴ３３，３５のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳも大きくなるため、図３に示すように、ＦＥＴ３３，３５は定電流領域で動作する。この場合、例えば、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが図３に示す電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に変化した場合でも、ドレイン電流ＩＤはほとんど変化しない。
【００３４】
なお、電圧生成回路３１は、ＦＥＴ３３，３５のゲートに印加する電圧ＶＯＮが、図３に示す閾値電圧Ｖｔｈよりも高く、かつ、定電流領域におけるドレイン電流ＩＤが所望の電流値となるように予め設定されている。
したがって、電流制限装置３にＯＮ信号が入力され、ＦＥＴ３３，３５のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが、電圧値Ｖ０（図３に示す線形領域と定電流領域との境界の電圧値）以上となった場合には、ＦＥＴ３３，３５の特性によって自動的にドレイン電流ＩＤが制限されるようになっている。
【００３５】
例えば、蓄電池ユニット２ａ（図４参照）に充電する場合には、前記したように、ＦＥＴ３３及びダイオード３６を経由して外部負荷（図示せず）から蓄電池ユニット２ａに向けて電流が流れる。ここで、ＦＥＴ３３は前記の特性を持つため、充電電流を所定値以下に制限することができる。
一方、蓄電池ユニット２ａから放電する場合には、前記したように、ＦＥＴ３５及びダイオード３４を経由して蓄電池ユニット２ａから外部負荷（図示せず）に向けて電流が流れる。ここで、ＦＥＴ３５は前記の特性を持つため、放電電流を所定値以下に制限することができる。したがって、例えば、電圧の異なる蓄電池を新たに並列接続する際に、電圧の差によって大きな突入電流が蓄電池２に流れることを防止することができる。
【００３６】
ちなみに、蓄電池ユニット２ａに充電するか、又は、蓄電池ユニット２ａから放電するかは、蓄電池システム１００と外部負荷（図示せず）との関係によって決まるものである。
したがって、本実施形態に係る蓄電池システム１００によれば、ＦＥＴ３３，３５の特性を生かして、自動的に蓄電池ユニット２ａの充放電電流を所定値以下に制限することができる。なお、蓄電池ユニット２ｂ，・・・，２ｎ、及び、電流制限装置３ａ，・・・，３ｂ（図４参照）についても、前記と同様のことがいえる。
【００３７】
また、逆並列に接続されたＦＥＴ３３とダイオード３４、及びＦＥＴ３５とダイオード３６は、電流制限手段３の双方向に電流が流れるように、互いに逆向きに直列接続されている。したがって、蓄電池ユニット２の充電／放電に合わせて、いずれか一方のＦＥＴ（ＦＥＴ３３又はＦＥＴ３５）が電流制限機能を担うこととなる。
【００３８】
ちなみに、単電池（セル）の経時変化などによって、並列に接続された蓄電池ユニット２間の内部抵抗や電圧にばらつきがある場合には、蓄電池ユニット２間で横流が生じる。当該横流によって、並列接続された蓄電池ユニット２間における電圧のばらつきが均等化される。
【００３９】
仮に、電流制限装置３を備えておらず、かつ、蓄電池ユニット２の内部抵抗が異なる場合には、内部抵抗が小さい蓄電池ユニット２の充放電電流が最も先に定格電流に達してしまうため、内部抵抗が大きい蓄電池ユニット２は定格電流に達し得ない。
一方、本実施形態に係る蓄電池システム１００では、各蓄電池ユニット２に電流制限装置３が接続されているため、過剰な横流を抑制しつつ蓄電池ユニット２間の電圧を均等化することができる。
これによって、それぞれの蓄電池ユニット２から定格電流を取り出すことが可能となり、システム全体として最大の充放電電流を得ることが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態に係る蓄電池システム１００によれば、簡単な回路構成でそれぞれの蓄電池ユニット２の充放電電流を所定値以下に制限するとともに、蓄電池ユニット２間の電圧を均等化することができる。これによって、蓄電池ユニット２を保護して安全な運用を可能とするとともに、蓄電池システム全体として最大の充放電電力を得ることができる。
【００４１】
また、制御部５からＯＦＦ信号が入力されると、ＦＥＴ３３，３５のゲート電圧として、前記ＯＦＦ信号に対応する電圧ＶＯＦＦが印加される。ここで、電圧ＶＯＦＦはゲート−ソース間閾値電圧Ｖｔｈよりも低くなるように電圧生成手段３１が設定されている。したがって、それぞれのＦＥＴ３３，３５が、図３の斜線で示す遮断領域で動作することとなる。この場合、ＦＥＴ３３，３５にはドレイン電流ＩＤが流れないため、それぞれの蓄電池ユニット２の充放電電流がゼロとなる。
すなわち、ＦＥＴ３３，３５を遮断領域で動作させることによって、端子Ａ，Ｂ間を電気的に遮断し、それぞれの蓄電池ユニット２の充放電を停止させることができる。
【００４２】
≪第２実施形態≫
図５は、本発明の第２実施形態に係る蓄電池システムが備える電流制限装置の回路構成図である。なお、第２実施形態に係る蓄電池システム１００Ａは、第１実施形態に係る蓄電池システム１００と比較して、電流制限装置３Ａの構成が異なるが、その他の構成については第１実施形態の場合と同様である。
したがって、電流制限装置３Ａについて説明し、他の構成については説明を省略する。
【００４３】
図５に示すように、電流制限装置３Ａは、ＦＥＴ３３とダイオード３４とが順方向に直列に接続された直列素子ユニットと、ＦＥＴ３５とダイオード３６とが順方向に直列に接続された直列素子ユニットとを備えている。前記２組の直列素子ユニットは、電流制限装置４の双方向に電流が流れるように逆並列に接続されている。
【００４４】
ＦＥＴ３３のソースはダイオード３４のアノードに接続され、ゲートは過電流保護回路３２を介して電圧生成回路３１の出力端子Ｄ（図４参照）に接続され、ドレインは端子Ａに接続されている。なお、ダイオード３４のカソードは端子Ｂに接続されている。
また、ＦＥＴ３５のソースはダイオード３６のアノードに接続され、ゲートは過電流保護回路３２を介して電圧生成回路３１の出力端子Ｄ（図４参照）に接続され、ドレインは端子Ｂに接続されている。なお、ダイオード３５のカソードは端子Ａに接続されている。
さらに、電圧生成回路３１から、ＦＥＴ３３，３５に印加するゲート電圧を供給するための配線がそれぞれ設けられている。
【００４５】
＜効果２＞
蓄電池ユニット２（図４参照）に充電電流が流入する場合には、ＦＥＴ３３及びダイオード３４を経由し、蓄電池ユニット２に向かって電流が流れる。また、蓄電池ユニット２から放電電流が流出する場合には、ＦＥＴ３５及びダイオード３６を経由し、外部負荷（図示せず）に向かって放電電流が流れる。
また、制御部５（図４参照）から入力される信号に基づいて、電圧生成回路３１（図４参照）がＦＥＴ３３，３５の各ゲートに所定のゲート電圧ＶＧＳ１，ＶＧＳ２を印加する。これによって、ＦＥＴ３３，３５を通流する充放電電流を、前記ゲート電圧ＶＧＳ１，ＶＧＳ２に対応する制限電流値以下とすることができる。
【００４６】
≪第３実施形態≫
図６は、本発明の第３実施形態に係る蓄電池システムが備える電流制限装置の回路構成図である。なお、第３実施形態に係る蓄電池システム１００Ｂは、第２実施形態に係る蓄電池システム１００と比較して、ＦＥＴ３３及びダイオード３４の配置が異なる。
【００４７】
図６に示すように、ＦＥＴ３３のドレインはダイオード３４のカソードに接続され、ゲートは過電流保護回路３２を介して電圧生成回路３１の出力端子Ｄ（図４参照）に接続され、ソースは端子Ｂに接続されている。なお、ダイオード３４のアノードは端子Ａに接続されている。
また、ＦＥＴ３５のドレインはダイオード３６のカソードに接続され、ゲートには過電流保護回路３２を介して電圧生成回路３１の出力端子Ｄ（図４参照）に接続され、ソースは端子Ａに接続されている。なお、ダイオード３６のアノードは端子Ｂに接続されている。
さらに、電圧生成回路３１から、ＦＥＴ３３，３５にゲート電圧を印加するための配線がそれぞれ設けられている。
【００４８】
＜効果３＞
蓄電池ユニット２（図４参照）に充電電流が流入する場合には、ダイオード３４及びＦＥＴ３３を経由し、蓄電池ユニット２に向かって電流が流れる。また、蓄電池ユニット２から放電電流が流出する場合には、ダイオード３６及びＦＥＴ３５を経由し、外部負荷（図示せず）に向かって放電電流が流れる。
また、制御部５（図４参照）から入力される信号に基づいて、電圧生成回路３１（図４参照）がＦＥＴ３３，３５の各ゲートに所定のゲート電圧ＶＧＳ１，ＶＧＳ２を印加する。これによって、ＦＥＴ３３，３５を通流する充放電電流を、前記ゲート電圧ＶＧＳ１，ＶＧＳ２に対応する制限電流値以下とすることができる。
【００４９】
≪第４実施形態≫
図７は、本発明の第４実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第１実施形態に係る蓄電池システム１００は、それぞれの電流制限装置３が電圧生成回路３１を備える構成であるが（図４参照）、第４実施形態に係る蓄電池システム１００Ｃは、それぞれの電流制限装置３０（３０ａ，・・・，３０ｎ）が電圧生成回路３１を備えていない点が異なる。また、第４実施形態に係る蓄電池システム１００Ｃは、電圧生成回路３１及び制御部５１を有する制御装置５０を備えた構成となっている。
なお、その他の構成については第１実施形態の場合と同様であるから、説明を省略する。
【００５０】
図７に示すように、制御装置５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１１と、フォトカプラＩＣ３１２とを有する電圧生成装置３１と、制御部５とを備える。また、電圧生成装置３１の出力端子Ｄは、配線４を介してそれぞれの電流制限装置３０に接続されている。
さらに、それぞれの電流制限装置３０は、電圧生成装置３１の出力端子Ｄに接続されている過電流保護回路３２と、ＦＥＴ３３，３５と、ダイオード３４，３６と、を備える。
なお、過電流保護回路３２、ＦＥＴ３３，３５、及びダイオード３４，３６の接続関係は第１実施形態に係る蓄電池システム１００と同様であるから、説明を省略する。
【００５１】
＜効果４＞
本実施形態に係る蓄電池システム１００Ｃによれば、それぞれの蓄電池ユニット２に対応して電圧生成回路３１を設ける必要がないため、蓄電池システム１００Ｃ全体の部品点数を削減して回路を簡素化することができる。その結果、蓄電池システムの製造コストを抑えることが可能となる。
【００５２】
≪第５実施形態≫
図８は、本発明の第５実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第５実施形態に係る蓄電池システム１００Ｄは、第１実施形態に係る蓄電池システム１００と比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータが電圧制御端子Ｖctrlを備え、制御部５が電圧制御信号を電圧制御端子Ｖctrlに入力する点が異なる。また、蓄電池システム１００ＤはフォトカプラＩＣ３１２（図４参照）を備えていない点が異なる。
なお、その他の構成については第１実施形態の場合と同様であるから、説明を省略する。
【００５３】
図８に示すＤＣ／ＤＣコンバータ３１０が備える制御端子Ｖctrlは制御部５と接続されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は電源電圧Ｖccを、制御部５から入力される電圧制御信号に応じた所定電圧に変換し、当該所定電圧を出力端子Ｖoutから過電流保護回路３２を介してＦＥＴ３３，３５のゲート−ソース間に印加する。ちなみに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の内部共通端子ｃｏｍは、ＦＥＴ３３のソースと、ＦＥＴ３５のソースとに接続されている。
制御部５は、電圧制御信号を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の電圧制御端子Ｖctrlに出力することにより、電流制限装置４０への入力電圧（つまり、ＦＥＴ３３，３４のゲート電圧）を調整するようになっている。
【００５４】
＜効果５＞
本実施形態に係る蓄電池システム１００Ｄによれば、制御部５から電圧制御端子Ｖctrlに入力される電圧制御信号に応じてＦＥＴ３３，３４の各ゲート電圧が変化するため、ＦＥＴ３３，３４を通流する充放電電流の制限値を任意のレベルに変えることができる(図３参照)。
したがって、蓄電池ユニット２の電池容量や内部抵抗などの状態に応じて充放電電流の大きさを変化させることができる。例えば、蓄電池ユニット２の電池容量（残容量）が少なくなった場合には、ゲート電圧ＶＧＳを低くすることによって、蓄電池ユニットの充放電電流を小さくすることができる。
【００５５】
≪第６実施形態≫
図９は、本発明の第６実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。本実施形態に係る蓄電池システム１００Ｅは、第１実施形態に係る蓄電池システム１００と比較して、電流制限装置３の電流、電圧、又は温度を監視する監視部６が追加されている点が異なる。その他の構成は第１実施形態の場合と同様であるから説明を省略する。
なお、以下では監視部６が電流制限装置３の温度及び電流を監視し、制御部５が前記温度及び電流に基づいて制限電流値を制御する場合について説明する。
【００５６】
図９に示すように、蓄電池システム１００Ｅは、蓄電池ユニット２と、電流制限装置３と、温度センサＴａ，Ｔｂ，・・・，Ｔｎと、電流センサＡａ，Ａｂ，・・・，Ａｎと、監視部６と、制御部５と、を備えている。
蓄電池ユニット２及び電流制限装置３については、第１実施形態に係る蓄電池システム１００と同様であるから説明を省略する。
【００５７】
温度センサＴａは、電流制限装置３ａに設置されており、電流制限装置３ａの温度を検出して監視部６に出力する。なお、温度センサＴｂ，・・・，Ｔｎについても同様である。
電圧センサＡａは、電流制限装置３ａに直列に接続されており、電流制限装置３ａを通流する電流を検出して監視部６に出力する。なお、電流センサＡｂ，・・・，Ａｎについても同様である。
【００５８】
監視部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェースなどの電子回路（図示せず）を含んで構成され、それぞれの温度センサＴ及び電流センサＡから入力される検出値に応じて、制御部５に制限電流値の低減指示信号若しくは増加指示信号、又は、電流遮断指示信号を出力する。
制御部５は、監視部６から入力された前記各信号に応じて、それぞれの電流制限装置３のゲート電圧（つまり、制限電流値：図３参照）を制御する。
【００５９】
図１０は、第６実施形態に係る蓄電池システムが行う監視制御の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１において監視部６は、温度センサＴから入力される電流制限装置３の温度が所定温度Ｔａ以上であるか否か判断する。ちなみに、所定温度Ｔａは蓄電池ユニット２の充放電がほぼ定格電流で行われている場合の温度であり、予め設定されている温度（例えば、６０℃）である。
電流制限装置３の温度が所定温度Ｔａ以上である場合（ステップＳ１→Ｙｅｓ）、監視部６の処理はステップＳ２に進む。電流制限装置３の温度が所定温度Ｔａ未満である場合（ステップＳ１→Ｎｏ）、監視部６の処理はステップＳ５に進む。
【００６０】
ステップＳ２において監視部６は、温度センサＴから入力される電流制限装置３の温度が所定温度Ｔｂ以上であるか否か判断する。ちなみに、所定温度Ｔｂは蓄電池システム１００Ｅが安全に動作する上での閾値であり、予め設定されている温度（例えば、１００℃）である。
電流制限装置３の温度が所定温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ２→Ｙｅｓ）、監視部６の処理はステップＳ３に進む。電流制限装置３の温度が所定温度Ｔｂ未満である場合（ステップＳ２→Ｎｏ）、監視部６の処理はステップＳ４に進む。
【００６１】
ステップＳ３において監視部６は、制御部５に電流遮断指示信号を出力する。これは。電流制限装置３が安全な温度範囲を超えた高温で動作しているためである。
なお、監視部６から電流遮断信号が入力された場合、制御部５は電流制限装置３が備えるＦＥＴ３３，３５を遮断領域で動作させることによって（図３参照）、蓄電池ユニット２が充放電電流を遮断する。
【００６２】
ステップＳ４において監視部６は、制御部５に制限電流値の低減指示信号を出力する。すなわち、電流制限装置３は安全な温度範囲内で動作しているものの、比較的温度が高いため（つまり、定格電流に近い値の電流が流れているため）、蓄電池ユニット２の充放電電流を低減させる。
なお、監視部６から制限電流値の低減指示信号が入力された場合、制御部５は、予め設定された所定電圧（例えば、２５ｍＶ）だけＦＥＴ３３，３５に印加するゲート電圧を低下させる。そうすると、前記ゲート電圧の低下に対応して、電流制限装置３の制限電流値が低減する（図３参照）。
【００６３】
ステップＳ５において監視部６は、電流センサＡから入力される電流値に基づいて、電流制限装置３が定格電流で動作しているか否かを判断する。なお、定格電流の値は監視部６の記憶手段(図示せず)に予め記憶されている。
電流制限装置３が定格電流で動作している場合（ステップＳ５→Ｙｅｓ）、監視部６の処理はステップＳ１に戻る。電流制限装置３が定格電流で動作していない、つまり、定格電流未満で動作している場合（ステップＳ５→Ｎｏ）、監視部６の処理はステップＳ６に進む。
【００６４】
ステップＳ６において監視部６は、制御部５に制限電流値の増加指示信号を出力する。これは、電流制限装置３を通流する電流値は定格電流に達しておらず、制限電流値を所定量増加させても支障はないからである。
なお、監視部６から制限電流値の増加指示信号が入力された場合、制御部５は、予め設定された所定電圧（例えば、２５ｍＶ）だけＦＥＴ３３，３５に印加するゲート電圧を上昇させる。そうすると、前記ゲート電圧の上昇に対応して、電流制限装置３の制限電流値が増加する（図３参照）。
【００６５】
＜効果６＞
本実施形態に係る蓄電池システム１００Ｅによれば、電流制限装置３が高温となっている場合、制御部５が電流制限装置３が備えるＦＥＴ３３，３５を遮断領域で動作させる。つまり、蓄電池ユニット２の充放電を行わないようにすることによって、蓄電池システム１００Ｅを安全に運用することができる。
また、監視部６から入力される各電流制限装置３の温度及び電流に基づいて、制御部５がＦＥＴ３３，３５のゲート電圧を制御することによって、安全な動作範囲内でシステム全体として最大の充放電電流を得ることができる。
【００６６】
≪第７実施形態≫
図１１は、本発明の第７実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第７実施形態に係る蓄電池システム１００Ｆは、第１実施形態に係る蓄電池システム１００と比較して、電流制限装置５０がＦＥＴとダイオードの逆並列接続ユニットを６組備える点が異なる。その他の構成は第１実施形態に係る蓄電池システム１００と同様であるから説明を省略する。
【００６７】
図１１に示すように、電流制限装置６０において、ＦＥＴ３３ｐとダイオード３４ｐとを逆並列に接続した逆並列素子ユニットと、ＦＥＴ３５ｐとダイオード３６ｐとを逆並列に接続した逆並列素子ユニットと、が直列に接続されている。ＦＥＴ３３ｑ，３５ｑ及びダイオード３４ｑ，３６ｑ、並びに、ＦＥＴ３３ｒ，３５ｒ及びダイオード３４ｒ，３６ｒについても前記と同様の構成を備える。
そして、３組の直列接続された逆並列素子ユニットがさらに並列接続された構成となっている。すなわち、本実施形態に係る蓄電池システム１００Ｆでは、充電経路又は放電経路が３つ存在する。
【００６８】
＜効果７＞
通常、定電流領域で動作するＦＥＴはドレイン−ソース間に電圧が印加された状態でドレイン電流が流れるため、発熱する。本実施形態に係る蓄電池システム１００Ｆによれば、ＦＥＴの数を増やして充放電経路を３つとすることで充放電電流を分流させ、電流の通流に伴う発熱をそれぞれのＦＥＴに分散させることができる。
つまり、複数の充放電経路を有することによって、１個あたりのＦＥＴ及びダイオードから発生する熱量を小さく抑えながら、蓄電池システムとして必要な充放電電流を確保することができる。
【００６９】
≪第８実施形態≫
図１２は、本発明の第８実施形態に係る蓄電池システムの回路構成図である。第８実施形態に係る蓄電池システム１００Ｇは、第１実施形態に係る蓄電池システム１００と比較して、制御部５が配線４ａ，４ｂ，・・・，４ｎを介してそれぞれの電流制限装置３ａ，３ｂ，・・・，３ｎを個別に制御する点が異なる。
その他の点では第１実施形態の場合と同様であるから説明を省略する。
【００７０】
図１２に示すように、制御部５と、電流制御装置３ａ，３ｂ，・・・３ｎとは、それぞれ配線４ａ，４ｂ，・・・，４ｎを介して接続されている。ちなみに、配線４ａは電圧生成回路３１が備えるフォトカプラＩＣ３１２の入力端子に接続されている。配線４ｂ，・・・，４ｎについても前記と同様である。
【００７１】
＜効果８＞
本実施形態に係る蓄電池システム１００Ｇによれば、例えば、劣化した蓄電池ユニット２に対応する電流制限装置３に対してＯＦＦ信号を出力することによって、前記蓄電池ユニット２の充放電電流を遮断することができる。一方、正常な蓄電池ユニット２に対応する電流制限装置３に対しては、継続してＯＮ信号を出力することができる。
したがって、蓄電池システム１００Ｇの動作を継続させながら、特定の蓄電池ユニット２のメンテナンスや交換を行うことができる。
【００７２】
≪変形例≫
以上、本発明に係る蓄電池システムについて各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記各実施形態では、電流制御装置３が半導体素子としてＦＥＴを備える場合について説明したが、これに限らない。例えば、電流制御装置３が備える半導体素子を、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのように、定電流特性を有する半導体素子とすることもできる。
【００７３】
また、電源電圧を供給する外部電源端子２８はそれぞれの電流制限装置３で個別に設けるのではなく、各電流制限装置３で共通化することもできる。さらに、ＦＥＴ３３，３５のゲートに印加するゲート電圧を調整するための抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４（図４参照）は、それぞれの電流制限装置３ごとに抵抗値を変更できるようにしてもよい。
【００７４】
また、第１実施形態〜第８実施形態で説明した蓄電池システムをそれぞれ、適宜組み合わせることができる。例えば、図５に示す電流制限装置３Ａ、又は、図６に示す電流制限装置３Ｂを、図７に示す蓄電池システム１００Ｃに適用してもよい。
【００７５】
また、第６実施形態で説明した蓄電池システム１００Ｅでは、温度センサＴ及び電流センサＡから入力される検出値に基づいて、監視部６が制御部５に所定の信号を出力することとしたが、これに限らない。
例えば、温度センサＴを電流制限装置３に設置し、電流センサＡを設置しないこととしてもよい。この場合、監視部６は温度センサＴから入力される検出値に基づいて、例えば、図１０に示すステップＳ１〜Ｓ４の処理を行う。
【００７６】
また、電流センサＡ及び電圧センサＶを電流制限装置３に設置し、温度センサＴを設けないこととしてもよい。電流制限装置３の温度は、電流制限装置３で消費される電力（つまり電流と電圧の積）に比例するため、監視部６が、電流センサＡと電圧センサＶから入力される検出値に基づいて電流制限装置の温度を推定し、図１０に示したものと同様の制御を行うこととしてもよい。
また、第６実施形態では、温度センサＴ又は電流センサＡを電流制限装置３に設置することとしたが、これに限らない。すなわち、温度センサＴ又は電圧センサＶを蓄電池ユニット２に設置することとしてもよい。
【００７７】
また、第１実施形態〜第８実施形態では、蓄電池ユニット２は、単電池が直列に接続された構成として説明したが、これに限らない。例えば、蓄電池ユニットを、単電池が並列に接続されたものや、単電池が複数個直列に接続されたものが複数組並列接続されたものを使用することとしてもよい。
また、第１実施形態〜第８実施形態では、制御部５が電流制限装置３のＯＮ／ＯＦＦを制御することとしたが、制御部５を省略して電圧生成回路３１からＦＥＴ３３，３５に所定のゲート電圧を印加することとしてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１００  蓄電池システム
１，１ａ，１ｂ・・・，１ｎ  蓄電池モジュール
２，２ａ，２ｂ・・・，２ｎ  蓄電池ユニット
３，３ａ，３ｂ・・・，３ｎ  電流制限装置（電流制限手段）
３１  電圧発生回路（電圧印加手段）
３１１  ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１２  フォトカプラＩＣ
３２  過電流保護回路（電圧印加手段）
３３，３５  ＦＥＴ（半導体素子）
３４、３６  ダイオード
４，４ａ，４ｂ，４ｃ  配線
５  制御部
５０  制御装置
６  監視部（監視手段）
Ｔ，Ｔａ，・・・，Ｔｎ  温度センサ
Ｉ，Ｉａ，・・・，Ｉｎ  電流センサ
Ｖ，Ｖａ，・・・，Ｖｎ  電圧センサ
【図１】
2013076877.tif 000003
【図２】
2013076877.tif 000004
【図３】
2013076877.tif 000005
【図４】
2013076877.tif 000006
【図５】
2013076877.tif 000007
【図６】
2013076877.tif 000008
【図７】
2013076877.tif 000009
【図８】
2013076877.tif 000010
【図９】
2013076877.tif 000011
【図１０】
2013076877.tif 000012
【図１１】
2013076877.tif 000013
【図１２】
2013076877.tif 000014
【国際調査報告】
2013076877.tif 000015
2013076877.tif 000016
2013076877.tif 000017
2013076877.tif 000018