(57)【要約】【課題】設置される場所や環境に応じた変更が可能な電源装置を提供する。【解決手段】複数の電池ユニット１０間の電池残存容量のばらつきを抑制する第一均等化回路１４と、各電池ユニット１０を構成する直列接続された各々の電池パック２０の電池残存容量のばらつきを抑制する第二均等化回路２４とを備え、第一均等化回路１４が、各々の電池ユニット１０を出力ラインＯＬに接続する第一制限抵抗１５と、第一均等化スイッチ１６で構成される第一直列回路を備え、第一均等化回路１４で各々の電池ユニット１０間の電池残容量のばらつきが均等化され、第二均等化回路２４でもって各々の電池ユニット１０を構成している各々の電池パック２０間の電池残容量のばらつきを抑制する。【選択図】図３
2011182623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セル(31)を直列及び並列に接続してなる電源装置であって、
前記複数の電池セル(31)が並列に接続されて電池パック(20)を構成しており、
前記複数の電池パック(20)が直列に接続されて電池ユニット(10)を構成しており、
前記電池ユニット(10)が並列接続スイッチ(12)を介して出力ライン(OL)に接続されて互いに並列に接続されており、
複数の電池ユニット(10)間の電池残存容量のばらつきを抑制する第一均等化回路(14)と、各電池ユニットを構成する直列接続された各々の電池パック(20)の電池残存容量のばらつきを抑制する第二均等化回路(24)とを備え、
前記第一均等化回路(14)が、各々の電池ユニットを出力ライン(OL)に接続する第一制限抵抗(15)と、第一均等化スイッチ(16)で構成される第一直列回路を備え、
前記第一均等化回路(14)で各々の電池ユニット間の電池残容量のばらつきが均等化され、前記第二均等化回路(24)でもって各々の電池ユニットを構成している各々の電池パック(20)間の電池残容量のばらつきを抑制するように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、
前記第二均等化回路(24)が、各々の電池パック(20)と並列に接続された、第二制限抵抗(25)と第二均等化スイッチ(26)で構成される第二直列回路を備え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、
前記電池ユニットは、前記電池パック(20)間を着脱式のコネクタで接続してなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１から３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)は、複数の電池セル(31)を並列に接続した電池ブロックを、複数直列に接続して構成されてなり、
前記電池パック(20)はさらに、前記複数の電池ブロック間の電池残容量のばらつきを抑制する第三均等化回路(34)を前記電池ブロック毎に備え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、
前記複数の電池セル(31)で構成される電池群の容量が１ＫＶＡ〜１００ＫＶＡであ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、
複数の電池ユニットが脱着自在に出力ライン(OL)に接続され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、さらに、前記並列接続スイッチ(12)と前記均等化スイッチを制御する電源コントローラ(2)を備えており、
前記電源コントローラ(2)が、
前記並列接続スイッチ(12)をＯＮ状態として電池ユニット(10)を並列に接続し、
前記並列接続スイッチ(12)をＯＦＦ状態として均等化スイッチをＯＮ状態として、電池ユニット間の電池残容量のばらつきを抑制す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)を構成する電池セル(31)がリチウムイオン電池である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、さらに、
前記第一均等化回路(14)と前記並列接続スイッチ(12)とが並列に接続されると共に、前記並列接続スイッチ(12)と前記第一均等化スイッチ(16)を制御するスイッチ制御回路(6)を備えており、
前記電池ユニット(10)を負荷(LD)に接続するタイミングにおいて、
前記スイッチ制御回路(6)が、
前記第一均等化回路(14)の第一均等化スイッチ(16)をＯＮ状態として電池ユニット(10)を負荷(LD)に接続して、突入電流を第一制限抵抗(15)で制限し、
突入電流の流れない状態で、前記並列接続スイッチ(12)をＯＮ状態として、電池ユニット(10)を負荷(LD)に接続す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、多数の電池を直列に接続して電圧を高くしている。この電源装置は、直列に接続している電池を同じ充電電流で充電し、また同じ電流で放電する。したがって、全ての電池が全く同じ特性であれば、電池電圧や残容量にアンバランスは発生しない。しかしながら、現実には、全く同じ特性の電池は製造できない。電池のアンバランスは、充放電を繰り返すときに、電圧や残容量のアンバランスとなる。さらに、電池電圧のアンバランスは、特定の電池を過充電し、あるいは過放電させる原因となる。この弊害を防止するために、各々の電池の電圧を検出してアンバランスを解消するセルバランス維持機能を備える車両用の電源装置が開発されている（特許文献１参照）。
【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】
特許文献１に記載される車両用の電源装置４０は、図４に示すように直列電池群を構成する各々の電池４１と並列に放電回路４２を接続している。放電回路４２は放電抵抗４３とスイッチング素子４４の直列回路である。この電源装置４０は、電圧が高くなった電池４１を放電回路４２で放電してセルバランスを回復し、電池のアンバランスを解消する。電池４１を放電する放電回路４２は、スイッチング素子４４をＯＮに切り換えて放電抵抗４３で特定の電池４１を放電して、電圧を低くする。
【０００５】
この電源装置４０は、直列に接続している電池４１のアンバランスを解消できる。この電源装置は、多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くできるが、電流容量は各々の電池の電流容量となる。電源装置の出力は、電圧と電流の積に比例するので、電流を大きくすることでさらに大きくできる。すなわち、電源装置は、多数の電池を直列と並列に接続することで、出力電流と出力電圧の両方を大きくして、出力をさらに大きくできる。複数の電池を直列と並列にマトリクス状に配置して接続している電源装置は、特許文献１と同様に、直列に接続している電池の電圧を均等化してアンバランスを解消できる。ただ、全ての電池の電圧を均等化するように制御すると、多数の電池を充放電する必要があり、均等化に極めて時間がかかる。例えば、１０００個のリチウムイオン電池を直列と並列に接続している大出力の電源装置は、１０００個のリチウムイオン電池の電圧を均等化するのに時間がかかる欠点がある。
【０００６】
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、多数の電池セルを直列及び並列に接続しながら、電池セルの均等化を能率よくできる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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の電源装置によれば、複数の電池セル３１を並列に接続してなる電源装置であって、前記複数の電池セル３１が並列に接続されて電池パック２０を構成しており、前記複数の電池パック２０が直列に接続されて電池ユニット１０を構成しており、前記電池ユニット１０が並列接続スイッチ１２を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されており、複数の電池ユニット１０間の電池残存容量のばらつきを抑制する第一均等化回路１４と、各電池ユニット１０を構成する直列接続された各々の電池パック２０の電池残存容量のばらつきを抑制する第二均等化回路２４とを備え、前記第一均等化回路１４が、各々の電池ユニット１０を出力ラインＯＬに接続する第一制限抵抗１５と、第一均等化スイッチ１６で構成される第一直列回路を備え、前記第一均等化回路１４で各々の電池ユニット１０間の電池残容量のばらつきが均等化され、前記第二均等化回路２４でもって各々の電池ユニット１０を構成している各々の電池パック２０間の電池残容量のばらつきを抑制するように構成できる。これにより、電源装置に含まれる多数の電池セル間のセルバランスを維持するために、電池ユニット間の不均一を第一均等化回路で解消すると共に、各電池ユニットに含まれる電池パック間の不均一を第二均等化回路で解消する構成として、電池セルの均等化を個別に行うことなく、ブロック毎に短時間に効率よくセルバランスを回復できる利点が得られる。
【０００８】
また第２の電源装置によれば、前記第二均等化回路２４が、各々の電池パック２０と並列に接続された、第二制限抵抗２５と第二均等化スイッチ２６で構成される第二直列回路を備えることができる。これにより、各電池ユニット内で電池パック間に生じた不均一を、第二均等化回路によって解消できる。
【０００９】
さらにまた第３の電源装置によれば、前記電池ユニット１０が、前記電池パック２０間を着脱式のコネクタで接続することができる。これにより、電池パックの接続、交換作業を容易にでき、特に電池パックの異常発生時に交換を容易に行えるようにすることで、復旧までの時間を短縮できる上、すべての電池パックの交換を不要としてコストを低減できる利点が得られる。
【００１０】
さらにまた第４の電源装置によれば、前記電池パック２０は、複数の電池セル３１を並列に接続した電池ブロックを、複数直列に接続して構成されてなり、前記電池パック２０はさらに、前記複数の電池ブロックを均等化する第三均等化回路３４を前記電池ブロック毎に備えることができる。これにより、電池パック内に含まれる複数の電池ブロック間の均等化も解消することが可能となる。
【００１１】
さらにまた第５の電源装置によれば、前記電池群の容量を１ＫＶＡ〜１００ＫＶＡとできる。
【００１２】
さらにまた第６の電源装置によれば、複数の電池ユニット１０を脱着自在に出力ラインＯＬに接続することができる。
【００１３】
さらにまた第７の電源装置によれば、さらに前記並列接続スイッチ１２と前記均等化スイッチを制御する電源コントローラ２を備えており、前記電源コントローラ２が、前記並列接続スイッチ１２をＯＮ状態として電池ユニット１０を並列に接続し、前記並列接続スイッチ１２をＯＦＦ状態として均等化スイッチをＯＮ状態として、電池ユニット１０を均等化することができる。これにより、ユニット電圧の高い電池ユニットの余剰電力を抵抗等で熱として消費する方法に比べ、電力を有効利用できる上、ユニット電圧の低い電池ユニットに充電することで個の電池ユニットの電圧を高め、ユニット電圧差ΔＶUを小さくして、均等化動作に要する時間を短縮できる利点が得られる。
【００１４】
さらにまた第８の電源装置によれば、前記電池パック２０を構成する電池セル３１をリチウムイオン電池とできる。
【００１５】
さらにまた、第９の電源装置によれば、さらに前記第一均等化回路１４と前記並列接続スイッチ１２とを並列に接続すると共に、前記並列接続スイッチ１２と前記第一均等化スイッチ１６を制御するスイッチ制御回路６を備えており、電池ユニット１０を負荷ＬＤに接続するタイミングにおいて、前記スイッチ制御回路６が、前記第一均等化回路１４の第一均等化スイッチ１６をＯＮ状態として電池ユニット１０を負荷ＬＤに接続して、突入電流を第一制限抵抗１５で制限し、突入電流の流れない状態で、前記並列接続スイッチ１２をＯＮ状態として、電池ユニット１０を負荷ＬＤに接続することができる。これにより、負荷の突入電流を防止するための専用の回路を設けることなく、第一均等化回路を突入電流を防止する回路に併用しながら、負荷の突入電流を防止できる。
【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の電池ユニットの均等化動作を行う様子を示すブロック図である。
【図３】図１の電池ユニットを構成する電池パックのブロック図である。
【図４】従来の電源装置を示すブロック図である。
【図５】図１に示す電源装置の出力側に接続される突入電流防止回路の一例を示すブロック図である。
【図６】実施例２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７】図６に示す電源装置を負荷に接続するフローチャートである。
【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３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の電池ユニット１０の均等化動作を行う様子を示すブロック図、図３は図１の電池ユニット１０を構成する電池パック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１０の均等化のための均等化モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ２によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ２は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ２は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。
（負荷ＬＤ）
【００１９】
電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１００と接続されている。電源装置１００の放電モードにおいては、電源コントローラ２が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ２によって制御される。
（充電用電源ＣＰ）
【００２０】
充電用電源ＣＰには、充電スイッチＣＳを直列に接続している。充電用電源ＣＰは、充電スイッチＣＳをＯＮに切り替えて、電源装置１００を充電する。また電源装置１００が満充電されたことを検出すると、充電スイッチＣＳをＯＦＦに切り替える。このような切り替えは電源コントローラ２により行われる。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、商用電源等が利用できる。図１の例では、太陽電池パネルを使用している。
（充電スイッチＣＳ）
【００２１】
充電スイッチＣＳもＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。また充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦも、電源装置１００の電源コントローラ２によって制御される。充電スイッチＣＳは、充電用電源ＣＰの出力側と電源装置１００との間に接続されており、電源装置１００への充電を制御する。この充電は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介した電圧変換等を行わずに、充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦを利用したパルス充電で行うことで、高効率化と回路の簡素化を図ることができる。
（電源装置１００）
【００２２】
電源装置１００は、複数の電池ユニット１０と、各電池ユニット１０に接続された並列接続スイッチ１２と、同じく各電池ユニット１０に接続された各電池ユニット１０の均等化を行うための第一均等化回路１４と、これら並列接続スイッチ１２、第一均等化回路１４、電池ユニット１０に接続されたＯＲ回路４と、ＯＲ回路４に接続された電源コントローラ２とを備える。
【００２３】
各並列接続スイッチ１２は、それぞれ電池ユニット１０を出力ラインＯＬに接続しており、電池ユニット１０は並列接続スイッチ１２を介して互いに並列に接続される。この並列接続スイッチ１２には、ＩＧＢＴ等が利用できる。
（第一均等化回路１４）
【００２４】
第一均等化回路１４は、第一制限抵抗１５（図１の１５Ａ、１５Ｂ）と、第一均等化スイッチ１６（図１の１６Ａ、１６Ｂ）の第一直列回路で構成される。この第一均等化スイッチ１６には、ＦＥＴ等が利用できる。第一均等化スイッチ１６及び並列接続スイッチ１２は、電源コントローラ２により充電モード、放電モード、均等化モード等の動作モードに応じて、ＯＮ／ＯＦＦを制御される。充電モード、放電モード等の通常動作時には、各並列接続スイッチ１２をＯＮ状態、第一均等化スイッチ１６をＯＦＦ状態とし、一方均等化モード時には、該当する並列接続スイッチ１２をＯＦＦ状態、第一均等化スイッチ１６をＯＮ状態に切り替える。
（電源コントローラ２）
【００２５】
電源コントローラ２は、各電池ユニット１０及びＯＲ回路４、放電スイッチＤＳ、充電スイッチＣＳと接続され、これらを制御する。図１に示す電源装置１００は、２台の電池ユニット１０Ａ、１０Ｂを並列に接続し、電源コントローラ２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。この電源コントローラ２は、上述の通り放電モード、充電モードに応じて、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う。また電源コントローラ２は、各電池ユニット１０と接続されており、各電池ユニット１０からの信号に従い、第一均等化スイッチ１６及び並列接続スイッチ１２をＯＮ／ＯＦＦに切り替えて電池ユニット１０間の均等化を行う。さらに電源コントローラ２は、各電池ユニット１０からの信号として、後述するように親パック２０のパック入力端子ＤＩを介して、電池ユニット１０からの異常信号を受けると、該当する電池ユニット１０を切り離すよう並列接続スイッチ１２を制御する。この電源コントローラ２はマイコンを含むＭＰＵ等で構成できる。
【００２６】
図１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、一台の電源コントローラ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電源コントローラで制御するよう構成してもよい。さらに図１の例では、電源コントローラは電池ユニットと個別に用意しているが、電池ユニット側に設けることもできる。さらには、後述する親パックの電池パック２０のパック制御回路３９に電源コントローラの機能を統合することもできる。
【００２７】
また電源コントローラ２は、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１の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴ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。例えば電源コントローラ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２０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。
（第一均等化回路１４による均等化動作）
【００２８】
この電源装置１００は、放電モード時において２台の電池ユニット１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの出力電圧（ユニット電圧）を電源コントローラ２で比較し、そのユニット電圧差ΔＶUが所定のユニット閾値（例えば１Ｖ）以上になると均等化動作を行う均等化モードに移行する。各電池ユニット１０においては、ここに含まれる複数の電池パック２０である親パック、子パック（後述）の電圧値を、親パックのパック制御回路３９が合計し、その合計値をユニット電圧として、電源コントローラ２に通信している。また、各電池ユニット１０内の電池パック２０の出力電圧（パック電圧）の和を電源コントローラ２で演算して取得する他、電圧センサを各電池ユニットに設けてもよい。均等化動作は、ユニット電圧の高い電池ユニットを放電させ、ユニット電圧の低い電池ユニットに充電することで行う。各電池パック２０は、電池セル３１としてリチウムイオン二次電池を、１３本直列、２４本並列に接続している。この電池パック２０は、定格出力を５０Ｖ、３０Ａとしている。
【００２９】
一例として、電池ユニット１０Ａのユニット電圧が電池ユニット１０Ｂよりも高くなった際の均等化動作を、図２に基づいて説明する。まず電源コントローラ２は、均等化モードに切り替えるため充電スイッチＣＳ及び放電スイッチＤＳをＯＦＦにする。また電池ユニット１０Ａの並列接続スイッチ１２ＡをＯＦＦ状態、第一均等化スイッチ１６ＡをＯＮ状態とし、一方電池ユニット１０Ｂについては放電モード時と同じく、並列接続スイッチ１２ＢをＯＮ状態、第一均等化スイッチ１６ＢをＯＦＦ状態に維持する。これにより、図２において矢印で示すように電池ユニット１０Ａの第一直列回路を介して、電池ユニット１０Ａと電池ユニット１０Ｂとが接続される。この結果、ユニット電圧の高い電池ユニット１０Ａからユニット電圧の低い電池ユニット１０Ｂに第一制限抵抗１５Ａを通じて電流が流れ、電池ユニット１０Ａから電池ユニット１０Ｂに充電される。すなわち、電池ユニット１０Ａは放電によってユニット電圧が低下し、電池ユニット１０Ｂは充電によってユニット電圧が上昇する。この結果、ユニット電圧差ΔＶUは低下し、ユニット閾値以下になると、電源コントローラ２は均等化モードを停止し、通常の放電モードに復帰する。なお、充電モード時においては、均等化動作は行わない。各電池ユニット１０の充電が完了し、放電モードに移行した時点で、均等化動作を行うかどうか、電源コントローラ２がユニット電圧差ΔＶUを監視する。
【００３０】
このようにして、ユニット電圧の高い電池ユニットの余剰電力を抵抗等で熱として消費する方法に比べ、電力を有効利用できる上、ユニット電圧の低い電池ユニットに充電することで個の電池ユニットの電圧を高め、ユニット電圧差ΔＶUを小さくして、均等化動作に要する時間を短縮できる利点が得られる。
（電池ユニット１０）
【００３１】
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、並列接続スイッチ１２を介して出力ラインＯＬと接続される。なお図１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。
【００３２】
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、電源コントローラ２に対して報告する。図１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１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。
（電池パック２０）
【００３３】
図１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、パック入力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、パック出力端子ＤＯとを備えている。パック入力端子ＤＩは、他のパック電池や電源コントローラ２からの信号を入力するための端子であり、パック出力端子ＤＯは逆に他のパック電池や電源コントローラ２に対して信号を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１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。
【００３４】
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。
【００３５】
また図１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、前段のパック出力端子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力端子ＤＩは電源コントローラ２の出力と接続されている。さらに最終段の子パックのパック出力端子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パック出力端子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。これらパック入力端子ＤＩ、パック異常出力端子ＤＡ、パック出力端子ＤＯは２線の信号線であり、電源コントローラ２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、電源コントローラが自動的に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。ＩＤ番号を設定するタイミングとしては、例えば、専用に設けたＩＤ設定スイッチをユーザが押下するタイミングや、子パックを接続したことを親パック側で自動検出するタイミング等とできる。また、最終段の子パックのパック出力端子ＤＯに終端接続具を接続する場合は、この終端接続具を接続するタイミングでＩＤの設定を実行するように構成することもできる。例えばパック出力端子ＤＯのコネクタ等のインターフェース部分に、マイクロスイッチやショートピン等の検出手段を設け、終端接続具を接続すると物理的にスイッチがＯＮしたり検出信号線が短絡するように構成することで、終端接続具の接続と共に検出手段を自動的に作動させて、ＩＤ番号が付与されるようにしてもよい。またこの際、信号検出線は電源ラインや信号ラインとは別に設けることが好ましい。さらにＩＤ番号を付与する手順としては、終端接続具を接続した子パックがＩＤ番号を取得した後、次段に接続された子パックに対し、ＩＤ番号を取得する処理を行うＩＤ取得信号を送信する。このようにしてＩＤ取得信号を順次、接続された子パックに対して送出していき、最後に親パックがＩＤ取得信号を受けると、すべての電池パック（子パック）がＩＤ番号を取得したことを認識し、ＩＤ番号設定処理を終了する。
【００３６】
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。親パックから、各種情報等の信号を、電源コントローラ２に、ＲＳ−４８５等の通信方式により、通信することができる。
【００３７】
図１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。
【００３８】
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から停止信号（異常信号）が出力されると、並列接続スイッチ１２を開放して、該当する電池パックを電源装置から切り離す。これによって、いずれかの電池パックに異常が発生しても、問題のある電池パックのみを切り離すことで、他の電池パックを保護できる。このような異常としては、過充電、過放電の異常等がある。また電源コントローラ２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。
（ＯＲ回路４）
【００３９】
ＯＲ回路４は、共通のバスラインを介して電源コントローラ２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、各々並列接続スイッチ１２に接続されると共に、電源コントローラ２に接続される。後述するように、電源コントローラ２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、並列接続スイッチ１２をオフにすると共に、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、例えば電源コントローラ２と接続した通信インターフェースから外部機器に出力する他、電源コントローラ２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。
【００４０】
なお図１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電源コントローラ側に送出することも可能である。
（第二均等化回路２４）
【００４１】
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３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）
【００４２】
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１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。
【００４３】
図１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、電源コントローラ２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。
【００４４】
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。
（電池パック２０のブロック図）
【００４５】
図３に、電池ユニット１０に含まれる電池パック２０のブロック図を示す。この図においては、図１の親パックの接続例を示している。図３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３７と、バランス判定機能を備え、主としてマイコンにて構成されるパック制御回路３９とを備える。この電池パック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、サーバー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。
【００４６】
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）
【００４７】
また図３の例では、パック入力端子ＤＩ及びパック出力端子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。
【００４８】
このように、複数の電池パック２０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。
（パック電流検出回路３７）
【００４９】
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）
【００５０】
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や電池ブロック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又はブロック電圧に基づいて電池ブロックの過充電、過放電を検出し、異常を検出すると、パック異常出力端子ＤＡから、ＯＲ回路４に信号が出力されて、並列接続スイッチ１２を開放してＯＦＦとして、該当する電池パックを含む電池ユニットを電源装置から切り離す。このような機能は、下記に説明するように、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に機能する。
【００５１】
また、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。
【００５２】
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、電源コントローラ２に通信する。そして、電源コントローラー２から、ＯＲ回路４を介して、並列接続スイッチ１２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、電源コントローラ２に通信している。
（電池ブロック）
【００５３】
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３１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。図３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。また図１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個の電池ユニットを構成しているので、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を複数台、並列に接続して、信頼性に優れた電源装置を構成している。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）
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、本実施例においては上記の電圧範囲とすることにより、電池セル３１の充電に際してＤＣ／ＤＣコンバータを不要とでき、ＤＣ／ＤＣコンバータ内での電力ロスを抑制できる。これによって高効率充電が可能になると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータの交換作業を無くすと共に部品点数を減らすことができるので、故障率低減による信頼性の向上や低コスト化、長期に渡るメンテナンスフリーの実現が見込まれる。そして、本実施例においては上記の電圧範囲であることがより、電池セル４１の充電に際してＤＣ／ＤＣコンバータを不要とできる。
（バランス判定機能）
【００６０】
さらにバランス判定機能を備えるパック制御回路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、均等化する制御を行う第二均等化回路２４である。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）
【００６１】
さらに各電池ブロックは、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）
【００６２】
各第三均等化回路３４は、各電池ブロック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３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のブロック電圧を比較して、全ての電池ブロック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。
【００６３】
このように電源装置は、電池ユニット間のアンバランスを第一均等化回路１４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。
【００６４】
図１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。突入電流防止回路５１は、図５に示すように、負荷ＬＤに流れる突入電流を防止する電流制限抵抗５２と、スイッチング素子５３との直列回路で構成される。また図５の回路は、突入電流防止回路５１と並列に放電スイッチＤＳを接続している。この図の電源装置は、放電スイッチＤＳをＯＮに切り換えると、負荷ＬＤに突入電流が流れて、スイッチやヒューズ（図示せず）等に過電流による弊害を与える。突入電流は、主として、負荷ＬＤに並列に接続している大容量の電解コンデンサＣＤの充電電流である。突入電流防止回路５１は、放電スイッチＤＳをＯＦＦとする状態でスイッチング素子５３をＯＮに切り換えて、負荷ＬＤに流れる突入電流を電流制限抵抗５２で制限する。
【００６５】
図５の回路構成によると、専用の突入電流防止回路５１を設ける必要がある。一方、図６に示す回路構成の電源装置は、第一均等化回路１４を突入電流防止回路に併用することで、専用に設ける突入電流防止回路を省略しながら、負荷ＬＤの突入電流を防止する。
【００６６】
図６に示す電源装置は、第一均等化回路１４と並列接続スイッチ１２とを並列に接続して、並列接続スイッチ１２と第一均等化スイッチ１６をスイッチ制御回路６で制御している。スイッチ制御回路６は、電池ユニット１０を負荷ＬＤに接続するタイミング、すなわち、放電スイッチＤＳをＯＮに切り換えるタイミングにおいて、並列接続スイッチ１２をＯＦＦ状態として、第一均等化回路１４の第一均等化スイッチ１６をＯＮ状態に切り換えて、電池ユニット１０を負荷ＬＤに接続する。この状態で、電池ユニット１０は、第一制限抵抗１５を介して負荷ＬＤに接続されて、負荷ＬＤの電解コンデンサＣＤ等に流れる突入電流が第一制限抵抗１５で制限される。突入電流のピーク値は、第一制限抵抗１５の電気抵抗で特定される。例えば、第一制限抵抗１５の電気抵抗を１００Ω、電池ユニット１０の電圧を２５０Ｖとすれば、突入電流のピーク値は、２．５Ａ以下となる。
【００６７】
突入電流は次第に減少して、負荷ＬＤの電解コンデンサＣＤを充電する。突入電流が流れなくなる状態で、スイッチ制御回路６は並列接続スイッチ１２をＯＮに切り換える。このとき、スイッチ制御回路６は、並列接続スイッチ１２をＯＮに切り換えた後、第一均等化スイッチ１６をＯＦＦに切り換える。ただ、スイッチ制御回路６は、第一均等化スイッチ１６をＯＦＦに切り換えると同時に、並列接続スイッチ１２をＯＮに切り換え、あるいは第一均等化スイッチ１６をＯＦＦに切り換えた後、並列接続スイッチ１２をＯＮに切り換えることもできる。
【００６８】
図７は、図６に示す電源装置が負荷ＬＤに接続されるフローチャートを示している。
【００６９】
このフローチャートは、以下のステップで電池ユニット１０を負荷ＬＤに接続する。
［ｎ＝１、２のステップ］
【００７０】
このステップでは、電池ユニット１０を負荷ＬＤに接続して放電を開始するに先立って、スイッチ制御回路６が、第一均等化回路１４の第一均等化スイッチ１６をＯＮに切り換える。すなわち、スイッチ制御回路６は、電池ユニット１０を負荷ＬＤに接続するタイミングにおいて、第一均等化回路１４の第一均等化スイッチ１６をＯＮに切り換えた後、放電スイッチＤＳをＯＮに切り換える。この状態で、電池ユニット１０は第一制限抵抗１６を介して負荷ＬＤに接続され、負荷ＬＤの突入電流を防止しながら、負荷ＬＤの電解コンデンサＣＤ等を充電する。
［ｎ＝３のステップ］
【００７１】
電源コントローラ２に電源が供給されて動作状態となり、負荷ＬＤに流れる電流を検出する状態となる。
［ｎ＝４、５のステップ］
【００７２】
電池ユニット１０から負荷ＬＤに出力される電流を検出し、検出電流が設定値以下かどうかを判定する。検出電流が設定値以下であると、ｎ＝８のステップにジャンプして、並列接続スイッチ１２をＯＮに切り換える。
［ｎ＝６、７のステップ］
【００７３】
検出電流が設定値より大きいと、電池ユニット１０の電圧と、電源ラインＯＬの電圧との電圧差、すなわち第一制限抵抗１５の両端の電圧差を検出して、この検出した電圧差が測定誤差範囲内にあるかどうかを判定する。検出した電圧差が測定誤差範囲内にあると、ｎ＝８のステップに進んで並列接続スイッチ１２をＯＮに切り換え、そうでないと、ｎ＝４のステップにループする。
【００７４】
負荷ＬＤの電解コンデンサＣＤが充電されて突入電流が流れない状態になると、電池ユニット１０と電源ラインＯＬの電圧はほぼ等しくなるので、検出される電圧差は測定誤差範囲内となる。すなわち、電池ユニット１０と電源ラインＯＬの電圧差が測定誤差範囲内になると、負荷ＬＤの電解コンデンサＣＤが充電されて、突入電流は流れない状態となる。
［ｎ＝８、９のステップ］
【００７５】
並列接続スイッチ１２をＯＮに切り換えて、電池ユニットを負荷ＬＤに接続した後、第一均等化スイッチをＯＦＦに切り換える。
【００７６】
以上のように、負荷ＬＤの突入電流を検出して検出電流を設定値に比較し、さらに、電池ユニット１０と電源ラインＯＬとの電圧差を検出して、突入電流が流れないことを検出する電源装置は、より確実に突入電流が流れない状態を検出して、並列接続スイッチ１２をＯＮに切り換えできる。
【００７７】
ただ、突入電流がながれなくなったことは、電池ユニットの出力電流を検出して設定値に比較し、あるいは電池ユニットと電源ラインとの電圧差のいずれか一方を検出して、判定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
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】
【００７９】
１００…電源装置
２…電源コントローラ
４…ＯＲ回路
６…スイッチ制御回路
１０、１０Ａ、１０Ｂ…電池ユニット
１２、１２Ａ、１２Ｂ…並列接続スイッチ
１４…第一均等化回路
１５、１５Ａ、１５Ｂ…第一制限抵抗
１６、１６Ａ、１６Ｂ…第一均等化スイッチ
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
３１…電池セル
３２…電流ヒューズ
３３…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
３９…パック制御回路
４０…電源装置；４１…電池；４２…放電回路
４３…放電抵抗；４４…スイッチング素子
５１…突入電流防止回路
５２…電流制限抵抗
５３…スイッチング素子
ＬＤ…負荷；ＣＰ…充電用電源；ＣＤ…電解コンデンサ
ＤＳ…放電スイッチ；ＣＳ…充電スイッチ
ＨＴ…ホスト機器；ＯＬ…出力ライン
ＤＩ…パック入力端子；ＤＡ…パック異常出力端子；ＤＯ…パック出力端子
【図１】
2011182623.tif 000003
【図２】
2011182623.tif 000004
【図３】
2011182623.tif 000005
【図４】
2011182623.tif 000006
【図５】
2011182623.tif 000007
【図６】
2011182623.tif 000008
【図７】
2011182623.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月11日(2011.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セル(31)を直列及び並列に接続してなる電源装置であって、
前記複数の電池セルが並列に接続されて電池パック(20)を構成しており、
前記複数の電池パックが直列に接続されて電池ユニット(10)を構成しており、
前記複数の電池ユニットは出力ラインに対して互いに並列に接続されており、
前記複数の電池ユニット間の電池残存容量のばらつきを抑制する第一均等化回路と、
前記各電池ユニットを構成する直列接続された各々の電池パックの電池残存容量のばらつきを抑制する第二均等化回路とを備え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、
前記電池ユニットと前記出力ラインとの間には並列接続スイッチが設けられており、
前記第一均等化回路は、直列に接続された第一制限抵抗および第一均等化スイッチからなり、前記電池ユニットと出力ラインとの間において前記並列接続スイッチと並行に接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源装置であって、
前記複数の電池ユニット間の電池残存容量のばらつきに応じて、前記並列接続スイッチと、前記第一均等化スイッチとを切り替える切替部を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記第二均等化回路は、直列に接続された第二制限抵抗および第二均等化スイッチからなり、各々の電池パックと並列に接続されてい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、
前記電池ユニットは、前記電池パック間を着脱式のコネクタで接続し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、
前記電池パックは、前記複数の電池セルを並列に接続した電池ブロックを、複数直列に接続して構成されており、前記複数の電池ブロック間の電池残容量のばらつきを抑制する第三均等化回路を前記電池ブロック毎に備えてい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、
前記複数の電池セルで構成される電池群の容量が１ＫＶＡ〜１００ＫＶＡであ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、
複数の電池ユニットが脱着自在に前記出力ラインに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項２、４から８のいずれか一に記載の電源装置であって、さらに、前記並列接続スイッチと前記第一均等化スイッチを制御する電源コントローラを備えており、
前記電源コントローラが、
前記並列接続スイッチをＯＮ状態として電池ユニットを並列に接続し、
前記並列接続スイッチをＯＦＦ状態として第一均等化スイッチをＯＮ状態として、電池ユニット間の電池残容量のばらつきを抑制することを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記切替部は、前記複数の電池ユニット間の電池残存容量のばらつきを均等化する場合において、電圧が高い前記電池ユニットに接続された前記並列接続スイッチをＯＦＦ状態、第一均等化スイッチをＯＮ状態とし、電圧が低い前記電池ユニットに接続された前記並列接続スイッチをＯＮ状態、第一均等化スイッチをＯＦＦ状態とすることを特徴とする電源装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記電池パックを構成する前記電池セルがリチウムイオン電池であることを特徴とする電源装置。
【請求項１２】
請求項３又は１０に記載の電源装置であって、
前記切替部は、前記電池ユニットを負荷に接続する場合において、最初に前記並列接続スイッチをＯＦＦ状態、前記第一均等化スイッチをＯＮ状態とし、所定時間後に前記並列接続スイッチをＯＮ状態、前記第一均等化スイッチをＯＦＦ状態とすることを特徴とする電源装置。
【請求項１３】
請求項２、４から９、１１のいずれか一に記載の電源装置であって、さらに、
前記第一均等化回路と前記並列接続スイッチとが並列に接続されると共に、前記並列接続スイッチと前記第一均等化スイッチを制御するスイッチ制御回路を備えており、
前記電池ユニットを負荷に接続するタイミングにおいて、
前記スイッチ制御回路が、
前記第一均等化回路の第一均等化スイッチをＯＮ状態として電池ユニットを負荷に接続して、突入電流を第一制限抵抗で制限し、
突入電流の流れない状態で、前記並列接続スイッチをＯＮ状態として、電池ユニットを負荷に接続することを特徴とする電源装置。
【請求項１４】
複数の電池セルを直列及び並列に接続してなる電源装置であって、
前記複数の電池セルが並列に接続されて電池パックを構成しており、
前記複数の電池パックが直列に接続されて電池ユニットを構成しており、
前記複数の電池ユニットは出力ラインに対して互いに並列に接続されており、
前記複数の電池ユニット間の電池残存容量のばらつきを抑制する第一均等化回路を備えることを特徴とする電源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の電源装置によれば、複数の電池セルを並列に接続してなる電源装置であって、複数の電池セルが並列に接続されて電池パックを構成しており、複数の電池パックが直列に接続されて電池ユニットを構成しており、複数の電池ユニットは出力ラインに対して互いに並列に接続されており、複数の電池ユニット間の電池残存容量のばらつきを抑制する第一均等化回路と、各電池ユニットを構成する直列接続された各々の電池パックの電池残存容量のばらつきを抑制する第二均等化回路とを備えることを特徴としている。これにより、電源装置に含まれる多数の電池セル間のセルバランスを維持するために、電池ユニット間の不均一を第一均等化回路で解消すると共に、各電池ユニットに含まれる電池パック間の不均一を第二均等化回路で解消する構成として、電池セルの均等化を個別に行うことなく、ブロック毎に短時間に効率よくセルバランスを回復できる利点が得られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
図３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、電源コントローラ２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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
さらにバランス判定機能を備えるパック制御回路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、均等化する制御を行う。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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
さらに各電池ブロックは、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）