(57)【要約】【課題】蓄電池装置の小型化を図る。【解決手段】実施形態に係る蓄電池装置は、負荷装置に電力を供給する蓄電池と、蓄電池と負荷装置とを切り離す遮断器と、抵抗と第１スイッチとを有し、遮断器と並列もしくは直列に接続されている電流変化低減部と、遮断器の両端に印加された電圧を計測する計測部と、計測部で計測された電圧に基づいて遮断器および電流変化低減部の有する第１スイッチを開閉制御する制御部と、を備える。【選択図】図１
2019161693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷装置に電力を供給する蓄電池と、
前記蓄電池と前記負荷装置とを切り離す遮断器と、
抵抗と第１スイッチとを有し、前記遮断器と並列もしくは直列に接続されている電流変化低減部と、
前記遮断器の両端に印加された電圧を計測する計測部と、
前記計測部で計測された電圧に基づいて前記遮断器および前記電流変化低減部の有する前記第１スイッチを開閉制御する制御部と、
を備える蓄電池装置。
【請求項２】
前記電流変化低減部は、
直列に接続された前記第１スイッチと前記抵抗とを有するプリチャージ回路を並列に複数接続して構成され、前記遮断器と並列に接続されている、
請求項１に記載の蓄電池装置。
【請求項３】
前記第１スイッチが接続状態であるプリチャージ回路の数をｎ、前記負荷装置の抵抗成分をＲＬ、前記蓄電池の内部抵抗をＲＢＴとした場合、前記電流変化低減部の両端間のインピーダンスＲｐｒｅが次式を満たすように前記プリチャージ回路それぞれが有する前記抵抗の値が設定されている、
請求項２に記載の蓄電池装置。
【数４】
2019161693.tif 000006
【請求項４】
前記第１スイッチが接続状態であるプリチャージ回路の数をｎ、前記遮断器の耐圧をＶＢＲとした場合、前記制御部は、前記遮断器の両端の電圧Ｖｐｒｅが次式を満たすように、前記遮断器および複数の前記プリチャージ回路が有する前記第１スイッチを開閉制御する、
請求項２または３に記載の蓄電池装置。
【数５】
2019161693.tif 000007
【請求項５】
前記電流変化低減部は、
並列に接続された前記第１スイッチと前記抵抗とを有するプリチャージ回路を直列に複数接続して構成され、前記遮断器と直列に接続されている
請求項１に記載の蓄電池装置。
【請求項６】
前記遮断器は、複数の第２スイッチを直列に接続して構成されており、
前記電流変化低減部は、直列に接続された前記第１スイッチと前記抵抗とを有するプリチャージ回路を前記遮断器の有する前記第２スイッチの数と同数有し、前記プリチャージ回路それぞれは、前記遮断器を構成する前記第２スイッチそれぞれと並列に接続されている、
請求項１に記載の蓄電池装置。
【請求項７】
負荷装置に電力を供給する蓄電池と、前記蓄電池と前記負荷装置とを切り離す遮断器と、抵抗と第１スイッチとを有し、前記遮断器と並列もしくは直列に接続されている電流変化低減部と、前記遮断器の両端に印加された電圧を計測する計測部と、前記計測部で計測された電圧に基づいて前記遮断器および前記電流変化低減部の有する前記第１スイッチを開閉制御する制御部と、を備える蓄電池装置の前記遮断器および前記電流変化低減部を構成する複数の前記第１スイッチを制御する蓄電池装置の制御方法であって、
前記遮断器の両端の電圧を計測する計測工程と、
前記計測工程において計測した電圧が予め設定した閾値電圧になったか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程において、前記遮断器の両端の電圧が前記閾値電圧になった場合、前記遮断器および前記電流変化低減部の前記第１スイッチを順次切断する制御工程と、
を含む蓄電池装置の制御方法。
【請求項８】
負荷装置に電力を供給する蓄電池と、前記蓄電池と前記負荷装置とを切り離す遮断器と、直列に接続された第１スイッチと抵抗とを有するプリチャージ回路を並列に複数接続して構成され、前記遮断器と並列に接続されている電流変化低減部と、前記遮断器の両端に印加された電圧を計測する計測部と、前記計測部で計測された電圧に基づいて前記遮断器および前記電流変化低減部の有する前記第１スイッチを開閉制御する制御部と、を備える蓄電池装置の前記遮断器および前記電流変化低減部の有する前記第１スイッチを制御する蓄電池装置の制御方法であって、
前記遮断器の両端の電圧Ｖｐｒｅを計測する計測工程と、
前記第１スイッチが接続状態であるプリチャージ回路の数をｎ、前記遮断器の耐圧をＶＢＲとした場合、前記遮断器の両端の電圧Ｖｐｒｅが次式を満たすか否かを判断する判断工程と、
前記遮断器の両端の電圧Ｖｐｒｅが次式を満たすように、前記遮断器および複数の前記プリチャージ回路の前記第１スイッチを順次切断する制御工程と、
を含む蓄電池装置の制御方法。
【数６】
2019161693.tif 000008
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蓄電池装置及び蓄電池装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池装置と負荷装置とを切り離す遮断器を備えた蓄電池装置がある。従来の遮断器にはメカニカルリレーが使用されていた。しかし、近年では、装置の小型化、長寿命化を進めるために、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field effect transistor）やＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）等の半導体スイッチを使用する遮断器が増えている。
【０００３】
蓄電池装置は、モータのようにインダクタンスを有する負荷装置に電力を供給する場合がある。大きなインダクタンスを有する負荷装置から蓄電池装置を切り離す場合、負荷装置のインダクタンスに蓄えられていたエネルギーが遮断器に印加される。このエネルギーが半導体で構成されている遮断器の耐エネルギー量を超えると遮断器は故障する。故障を回避するために、遮断器に印加されるエネルギーを吸収するエネルギー吸収装置を設けた蓄電池装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−４４９０４号公報
【０００５】
しかしながら、このエネルギー吸収装置は、遮断器を構成する半導体よりもサイズが大きくなる場合が多く、装置の小型化を図るという観点から問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、蓄電池装置の小型化を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、実施形態に係る蓄電池装置は、負荷装置に電力を供給する蓄電池と、蓄電池と負荷装置とを切り離す遮断器と、抵抗と第１スイッチとを有し、遮断器と並列もしくは直列に接続されている電流変化低減部と、遮断器の両端に印加された電圧を計測する計測部と、計測部で計測された電圧に基づいて遮断器および電流変化低減部の有する第１スイッチを開閉制御する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る蓄電池装置の構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るプリチャージ回路について説明するための図である。
【図３】第１の実施形態に係るプリチャージ回路について説明するための図である。
【図４】第１の実施形態に係る制御部の構成図である。
【図５】第１の実施形態に係る蓄電池装置の等価回路である。
【図６】第１の実施形態に係る蓄電池装置の遮断処理について説明するためのフローチャートである。
【図７Ａ】第１の実施形態に係る蓄電池装置の遮断動作について説明するための図である。
【図７Ｂ】第１の実施形態に係る蓄電池装置の遮断動作について説明するための図である。
【図８】第１の実施形態に係る蓄電池装置の接続処理について説明するためのフローチャートである。
【図９Ａ】第１の実施形態に係る蓄電池装置の接続動作について説明するための図である。
【図９Ｂ】第１の実施形態に係る蓄電池装置の接続動作について説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態に係る蓄電池装置の構成図である。
【図１１】第３の実施形態に係る蓄電池装置の構成図である。
【図１２】第４の実施形態に係る蓄電池装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
《第１の実施形態》
本実施形態に係る蓄電池装置は、車両、船舶、航空機、家電機器等に用いられる。以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る蓄電池装置１００の構成図である。蓄電池装置１００は、負荷装置２００に電力を供給するための装置である。負荷装置２００は、電動機、空調装置、照明装置等の電力を消費する電気機器である。上位装置３００は、蓄電池装置１００と負荷装置２００とを遮断もしくは接続する制御を行う。
【００１０】
図１に示すように、蓄電池装置１００は、蓄電池１０、遮断器２０、電流変化低減部３０、計測部４０、制御部５０を備える。
【００１１】
蓄電池１０は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池などで構成されている。蓄電池１０は、複数のバッテリーセルを直列もしくは並列に組み合わせることにより、所定の電圧を出力し、所定の電気エネルギーを蓄積できるように構成されている。
【００１２】
遮断器２０は、蓄電池１０と負荷装置２００とを切り離す機能を備える。遮断器２０は、ＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチで構成されたスイッチＳ０を備える。スイッチＳ０は、制御部５０からの制御に従ってＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００１３】
電流変化低減部３０は、制御部５０による制御に基づいて、蓄電池装置１００と負荷装置２００とを切断もしくは接続する際の電流の変化を低減する。電流変化低減部３０は、遮断器２０に並列に接続されている。電流変化低減部３０は、スイッチＳ１と抵抗Ｒ１（もしくは、スイッチＳ２と抵抗Ｒ２）とを直列に接続した回路を１もしくは２以上並列に接続して構成されている。直列に接続された１組のスイッチＳ１と抵抗Ｒ１をプリチャージ回路３１、直列に接続された１組のスイッチＳ２と抵抗Ｒ２をプリチャージ回路３２と呼ぶこととする。各スイッチＳ１，Ｓ２は、ＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチで構成されている。
【００１４】
並列に接続されているプリチャージ回路の数ｎは、式１を満たすように設定される。Ｅｍａｘは負荷装置２００に蓄積されているエネルギーの最大値、Ｅｐｒｅはプリチャージ回路１個あたりの耐エネルギー量である。
Ｅｍａｘ＜ｎ×Ｅｐｒｅ                                      （式１）
【００１５】
また、ｎ個のプリチャージ回路がＯＮ状態（接続状態）の場合の電流変化低減部３０の両端間のインピーダンス（合成抵抗）をＲｐｒｅ（ｎ）、蓄電池１０の内部抵抗をＲＢＴ、負荷装置２００の有する抵抗成分をＲＬとした場合、遮断器２０の両端間のインピーダンスＲｐｒｅ（ｎ）は、次式を満たすように設定されている。
Ｒｐｒｅ（ｎ）≦ＲＢＴ＋ＲＬ                              （式２）
【００１６】
また、プリチャージ回路を構成する抵抗は、全て同じ値に設定してもよいが、好ましくは、プリチャージ回路を構成する抵抗の値は式３を満たすように設定する。以後、Ｒｐｒｅ（ｎ）をＲｐｒｅと記載することもある。
【００１７】
【数１】
2019161693.tif 000003
【００１８】
複数のプリチャージ回路の抵抗値をこのように設定することにより、ｎ個のプリチャージ回路を順次ＯＦＦ状態にして遮断処理を行う際、ｎの値が大きい領域、つまり、電流変化低減部３０を流れている電流が大きい領域において、１個のプリチャージ回路がＯＦＦ状態に変化する際の電流の変化を小さくすることができる。
【００１９】
具体例で説明する。図２に、プリチャージ回路の抵抗値を式３に基づいて設定した場合の電流変化低減部３０の両端間のインピーダンスＲｐｒｅと、プリチャージ回路の抵抗値を全て同じ値に設定した場合の電流変化低減部３０の両端間のインピーダンスＲｐｒｅとの比較を示す。ｎは、ＯＮ状態であるプリチャージ回路の回路数である。図２では、ＲＬ＝１０Ω、ＲＢＴ＝０Ω、印加される電圧を１００Ｖとした場合に電流変化低減部３０に流れる電流を記載している。図３に、両者の電流の変化を示すグラフを示す。図３に示すように、式３に基づいて抵抗値を設定した方が、プリチャージ回路の遮断を開始した直後のｎの値が大きく、流れている電流が大きい領域での電流の変化を小さくすることができる。
【００２０】
本実施形態では、２つのプリチャージ回路が並列に接続されている場合（ｎ＝２）について説明する。具体的には、図１に示すように、プリチャージ回路３１は、スイッチＳ１と抵抗Ｒ１とが直列に接続されて構成されている。また、プリチャージ回路３２は、スイッチＳ２と抵抗Ｒ２とが直列に接続されて構成されている。プリチャージ回路３１，３２は、遮断器２０に並列に接続されている。
【００２１】
計測部４０は、電圧計を備え、遮断器２０の両端に印加される電圧を計測する。また、計測部４０は、温度センサーを備え、蓄電池１０の温度を計測する。また、計測部４０は、電流計を備え、蓄電池１０から充放電される電流を計測する。計測部４０は、計測結果を示すデータを制御部５０に供給する。
【００２２】
制御部５０は、計測部４０で計測された電圧に基づいて遮断器２０のスイッチＳ０及び電流変化低減部３０のスイッチＳ１，Ｓ２を開閉制御する。制御部５０は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を備える。制御部５０は、機能的には図４に示すように、異常検出部５１、制御信号作成部５２を備える。
【００２３】
異常検出部５１は、計測部４０から供給された蓄電池１０の温度及び充放電電流が予め設定された正常の範囲にあるか否かを判別する。そして、異常検出部５１は、蓄電池１０の温度が正常温度範囲でないと判別した場合、もしくは蓄電池１０の充放電電流が過電流領域にあると判別した場合、蓄電池１０と負荷装置２００とを切り離すための遮断指令を制御信号作成部５２に通知する。
【００２４】
制御信号作成部５２は、遮断器２０のスイッチＳ０、電流変化低減部３０のスイッチＳ１およびＳ２のＯＮ／ＯＦＦを制御するための制御信号を生成する。制御信号作成部５２は、異常検出部５１もしくは上位装置３００から遮断指令を取得した場合、蓄電池１０と負荷装置２００とを切り離すための制御信号を生成する。また、制御信号作成部５２は、上位装置３００から蓄電池１０と負荷装置２００とを接続する接続指令を取得した場合、蓄電池１０と負荷装置２００とを接続するための制御信号を生成する。制御信号作成部５２は、これらの制御信号を生成する場合、計測部４０から取得した遮断器２０の両端の電圧に基づいて、遮断器２０のスイッチＳ０、電流変化低減部３０のスイッチＳ１およびＳ２をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御信号を生成する。
【００２５】
次に、上述の構成を有する蓄電池装置１００の動作について説明する。図１における蓄電池１０から負荷装置２００に供給される電流の等価回路を図５に示す。ここでは、理解を容易にするために、蓄電池１０の内部抵抗ＲＢＴ、スイッチＳ０，Ｓ１，Ｓ２がＯＮになった時の抵抗を０Ωとして説明する。
【００２６】
最初に、蓄電池１０と負荷装置２００とを遮断する場合の動作について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。ユーザーによる上位装置３００からの遮断指令もしくは異常検出部５１からの遮断指令を受信したことをトリガーとして、制御部５０による図６に示す遮断処理は開始される。計測部４０による遮断器２０の両端の電圧Ｖｐｒｅの電圧計測は常時行われているものとする。
【００２７】
遮断処理が始まる初期状態においては、遮断器２０のスイッチＳ０、電流変化低減部３０のスイッチＳ１およびＳ２は、ＯＮ状態である（ステップＳ３１）。
【００２８】
スイッチＳ０，Ｓ１，Ｓ２の全てがＯＮ状態の場合、蓄電池１０から負荷装置２００に供給される電流は次式で表すことができる。ＶＢＴは蓄電池１０の出力電圧、ＲＬは負荷装置の内部抵抗、Ｒｐｒｅは遮断器２０の両端間のインピーダンスである。
Ｉ０＝ＶＢＴ／（ＲＬ＋Ｒｐｒｅ）                            （式４）
Ｒｐｒｅ＝０
【００２９】
上位装置３００もしくは異常検出部５１から遮断指令を受信したことをトリガーとして、制御信号作成部５２は、遮断器２０のスイッチＳ０をＯＦＦ状態、電流変化低減部３０のスイッチＳ１をＯＮ状態、スイッチＳ２をＯＮ状態とするための制御信号を生成する（ステップＳ３２）。
【００３０】
スイッチＳ０がＯＦＦ状態となり、スイッチＳ１とＳ２がＯＮ状態になったことにより、遮断器２０の両端間のインピーダンスＲｐｒｅは、Ｒ１とＲ２を並列接続した抵抗値となる。蓄電池１０から負荷装置２００に供給される電流は、図７Ａに示すように電流Ｉ０から電流Ｉ１に向かって徐々に減少していく。
Ｉ１＝ＶＢＴ／（ＲＬ＋Ｒｐｒｅ）                            （式５）
Ｒｐｒｅ＝Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
【００３１】
電流がＩ０からＩ１に至るまでに遮断器２０及び電流変化低減部３０に印加されるエネルギーは、次式で表すことができる。Ｌは負荷装置２００のインダクタンス、ＶＢＲは遮断器の耐圧である。負荷装置２００に蓄積されるエネルギーは、図７Ｂに示されるように変化する。
Ｅ（ｎ＝２）＝０．５Ｌ（Ｉ０２−Ｉ１２）｛ＶＢＲ／（ＶＢＲ−ＶＢＴ）｝  （式６）
【００３２】
スイッチＳ０がＯＦＦ状態になった瞬間の過渡応答により、遮断器２０の両端に印加される電圧Ｖｐｒｅが高くなる。制御部５０は、遮断器２０の両端の電圧が遮断器の耐圧ＶＢＲを超えないように電流変化低減部３０を制御する。具体的には、制御信号作成部５２は、計測部４０から通知されてくる遮断器２０の両端の電圧Ｖｐｒｅが、式７を満たすか否かを判別する（ステップＳ３３）。
【００３３】
【数２】
2019161693.tif 000004
【００３４】
スイッチＳ１とＳ２がＯＮ状態であるので、ＯＮ状態であるプリチャージ回路の数ｎは、２である。遮断器２０の両端の電圧Ｖｐｒｅが式７で表される電圧Ｖ（ｎ＝２）以上である場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、制御信号作成部５２は、各スイッチを制御する制御信号の状態を維持する。電圧Ｖ（ｎ）は、各スイッチの切り替えを判断する閾値電圧である。
【００３５】
一方、遮断器２０の両端の電圧Ｖｐｒｅが式７で表される電圧Ｖ（ｎ＝２）未満になった場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、制御信号作成部５２は、スイッチＳ１をＯＦＦ状態に制御する（ステップＳ３４）。これにより、スイッチＳ２のみがＯＮ状態となる。スイッチＳ０はＯＦＦ状態のままである。
【００３６】
スイッチＳ２のみがＯＮ状態になったことにより、遮断器２０の両端間のインピーダンスＲｐｒｅは、Ｒ２となる。蓄電池１０から負荷装置２００に供給される電流は、図７Ａに示すように電流Ｉ２に向かって徐々に減少していく。
Ｉ２＝ＶＢＴ／（ＲＬ＋Ｒｐｒｅ）                          （式８）
Ｒｐｒｅ＝Ｒ２
【００３７】
電流がＩ１からＩ２に至るまでに遮断器２０及び電流変化低減部３０に印加されるエネルギーは、次式で表すことができる。
Ｅ（ｎ＝１）＝０．５Ｌ（Ｉ１２−Ｉ２２）｛ＶＢＲ／（ＶＢＲ−ＶＢＴ）｝  （式９）
【００３８】
スイッチＳ１がＯＦＦ状態になった瞬間の過渡応答に伴って、遮断器２０の両端に印加される電圧Ｖｐｒｅも変化する。スイッチＳ２のみがＯＮ状態であるので、ＯＮ状態であるプリチャージ回路の数ｎは、１である。Ｖｐｒｅが式７で表される電圧Ｖ（ｎ＝１）以上である場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）、制御信号作成部５２は、各スイッチを制御する制御信号の状態を維持する。
【００３９】
一方、Ｖｐｒｅが式７で表される電圧Ｖ（ｎ＝１）未満になった場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、制御信号作成部５２は、スイッチＳ２をＯＦＦ状態に制御する（ステップＳ３６）。これにより、スイッチＳ０，Ｓ１、Ｓ２のすべてがＯＦＦ状態となる。これにより、蓄電池１０から負荷装置２００に供給される電流は０になる。
【００４０】
電流がＩ２から０に至るまでに遮断器２０及び電流変化低減部３０に印加されるエネルギーは、次式で表すことができる。
Ｅ（ｎ＝０）＝０．５ＬＩ２２｛ＶＢＲ／（ＶＢＲ−ＶＢＴ）｝      （式１０）
【００４１】
このように制御信号作成部５２は、スイッチＳ０，Ｓ１，Ｓ２を段階的にＯＦＦ状態に制御することにより、遮断器２０の両端間のインピーダンスを段階的に増加させる。これにより、蓄電池装置１００は、蓄電池１０から負荷装置２００に供給される電流の変化を低減させている。
【００４２】
電流変化低減部３０を設けた場合に遮断器２０に加えられるエネルギーと、電流変化低減部３０を設けない場合に遮断器２０に加えられるエネルギーとを比較する。理解を容易にするため、Ｉ０２−Ｉ１２＝Ｉ１２−Ｉ２２＝ΔＩ２と仮定する。プリチャージ回路は、２個設ける。プリチャージ回路を設けた本実施形態の場合、ΔＩの電流変化が３回に分けて発生する。したがって、遮断器２０に印加されるエネルギーは、式１１で表すことができる。これに対し、電流変化低減部３０を設けない場合、３ΔＩの電流変化が１回発生する。したがって、遮断器２０に印加されるエネルギーは、式１２で表すことができる。つまり、スイッチＳ０，Ｓ１，Ｓ２を３段階に分けてＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、遮断器２０に１度に印加されるエネルギーを１／３に低減することができる。
Ｅ＝３×０．５Ｌ（ΔＩ）２｛ＶＢＲ／（ＶＢＲ−ＶＢＴ）｝      （式１１）
Ｅ＝０．５Ｌ（３ΔＩ）２｛ＶＢＲ／（ＶＢＲ−ＶＢＴ）｝        （式１２）
【００４３】
次に、蓄電池１０と負荷装置２００とを接続する場合の動作について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。ユーザーによる上位装置３００からの接続指令を受信したことをトリガーとして、図８に示す接続処理は開始される。計測部４０による遮断器２０の両端に印加されている電圧Ｖｐｒｅの計測、蓄電池１０の温度計測および放電電流の計測は常時行われているものとする。
【００４４】
初期状態においては、遮断器２０のスイッチＳ０、電流変化低減部３０のスイッチＳ１およびＳ２は、ＯＦＦ状態（遮断状態）である（ステップＳ５１）。
【００４５】
蓄電池１０と負荷装置２００との接続処理が始まると、制御信号作成部５２は、遮断器２０のスイッチＳ０をＯＦＦ状態、電流変化低減部３０のスイッチＳ１をＯＦＦ状態、スイッチＳ２をＯＮ状態とするための制御信号を生成する（ステップＳ５２）。この制御信号により、電流変化低減部３０のスイッチＳ２のみがＯＮ状態となる。
【００４６】
スイッチＳ２がＯＮ状態になったことにより、遮断器２０の両端間のインピーダンスＲｐｒｅはＲ２となる。蓄電池１０から負荷装置２００に供給される電流は、図９Ａに示すように式１３で表される電流Ｉ２に向かって徐々に増加していく。ＶＢＴは蓄電池１０の出力電圧、ＲＬは負荷装置の内部抵抗、Ｒｐｒｅは遮断器２０の両端間のインピーダンスである。
Ｉ２＝ＶＢＴ／（ＲＬ＋Ｒｐｒｅ）                            （式１３）
Ｒｐｒｅ＝Ｒ２  
【００４７】
電流がＩ２に至るまでに遮断器２０及び電流変化低減部３０に印加されるエネルギーは、式１４で表すことができる。負荷装置２００に蓄積されるエネルギーは、図９Ｂに示されるように変化する。
Ｅ（ｎ＝０）＝０．５ＬＩ２２｛ＶＢＲ／（ＶＢＲ−ＶＢＴ）｝      （式１４）
【００４８】
この電流の変化に伴って遮断器２０の両端に印加される電圧Ｖｐｒｅも変化する。制御信号作成部５２は、計測部４０から通知されてくる遮断器２０の両端の電圧Ｖｐｒｅが、式１５を満たすか否かを判別する（ステップＳ５３）。ｎは、ＯＮ状態であるプリチャージ回路の数である。ＶＢＲは遮断器２０を構成する半導体の耐圧である。
【００４９】
【数３】
2019161693.tif 000005
【００５０】
スイッチＳ２のみがＯＮ状態であるので、ＯＮ状態であるプリチャージ回路の数ｎは、１である。遮断器２０の両端に印加される電圧Ｖｐｒｅが式１５で表される電圧Ｖ（ｎ＝１）より大きい場合（ステップＳ５３：Ｎｏ）、制御信号作成部５２は、各スイッチを制御する制御信号の状態を維持する。
【００５１】
一方、遮断器２０の両端に印加される電圧Ｖｐｒｅが式１５で表される電圧Ｖ（ｎ＝１）以下となった場合（ステップＳ５３：Ｙｅｓ）、制御信号作成部５２は、スイッチＳ１をＯＮ状態に制御する（ステップＳ５４）。これにより、スイッチＳ１とＳ２はＯＮ状態となる。スイッチＳ０はＯＦＦ状態のままである。
【００５２】
スイッチＳ１がＯＮ状態になったことにより、遮断器２０の両端間のインピーダンスＲｐｒｅは、Ｒ１とＲ２を並列接続した抵抗値となる。蓄電池１０から負荷装置２００に供給される電流は、図９Ａに示すように電流Ｉ１に向かって徐々に増加していく。
Ｉ１＝ＶＢＴ／（ＲＬ＋Ｒｐｒｅ）                            （式１６）
Ｒｐｒｅ＝Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
【００５３】
電流がＩ２からＩ１に至るまでに遮断器２０及び電流変化低減部３０に印加されるエネルギーは、次式で表すことができる。
Ｅ（ｎ＝１）＝０．５Ｌ（Ｉ１２−Ｉ２２）｛ＶＢＲ／（ＶＢＲ−ＶＢＴ）｝
（式１７）
【００５４】
この電流の変化に伴って遮断器２０の両端に印加される電圧Ｖｐｒｅも変化する。スイッチＳ１とＳ２がＯＮ状態であるので、ＯＮ状態であるプリチャージ回路の数ｎは、２である。Ｖｐｒｅが式１５で表される電圧Ｖ（ｎ＝２）より大きい場合（ステップＳ５５：Ｎｏ）、制御信号作成部５２は、各スイッチを制御する制御信号の状態を維持する。
【００５５】
一方、遮断器２０の両端に印加される電圧Ｖｐｒｅが式１５で表される電圧Ｖ（ｎ＝２）以下になった場合（ステップＳ５５：Ｙｅｓ）、制御信号作成部５２は、スイッチＳ０をＯＮ状態に制御する（ステップＳ５６）。これにより、スイッチＳ０，Ｓ１、Ｓ２の全てがＯＮ状態となる。
【００５６】
スイッチＳ０がＯＮ状態になったことにより、遮断器２０の両端間のインピーダンスＲｐｒｅは、０Ωとなる。蓄電池１０から負荷装置２００に供給される電流は、図９Ａに示すように電流Ｉ０に向かって徐々に増加していく。
Ｉ０＝ＶＢＴ／（ＲＬ＋Ｒｐｒｅ）                              （式１８）
Ｒｐｒｅ＝０
【００５７】
電流がＩ１からＩ０に至るまでに遮断器２０及び電流変化低減部３０に印加されるエネルギーは、次式で表すことができる。
Ｅ（ｎ＝２）＝０．５Ｌ（Ｉ０２−Ｉ１２）｛ＶＢＲ／（ＶＢＲ−ＶＢＴ）｝    
（式１９）
【００５８】
このように制御部５０は、スイッチＳ０，Ｓ１，Ｓ２を段階的にＯＮ制御することにより、遮断器２０の両端間のインピーダンスを段階的に減少させる。
【００５９】
以上に説明したように、本実施形態に係る蓄電池装置１００は、遮断器２０に並列に接続された電流変化低減部３０を備える。また、電流変化低減部３０は、スイッチと抵抗とを直列に接続したプリチャージ回路を並列に複数接続して構成されている。そして、制御部５０は、遮断器２０の両端の電圧の変化に応じて、遮断器２０および電流変化低減部３０を構成するスイッチＳ０，Ｓ１，Ｓ２を段階的にＯＮ／ＯＦＦ制御する。蓄電池装置１００は、蓄電池１０と負荷装置２００とを接続もしくは遮断する際の電流の変化を低減することにより、遮断器２０に１度に印加されるエネルギーを低減している。これによって、蓄電池装置１００は、エネルギー吸収装置を備える必要がなく、もしくはエネルギー吸収装置を小さくすることができるので、装置の小型化を図ることができる。
【００６０】
また、並列に接続された複数のプリチャージ回路の抵抗値を式３の条件を満たすように設定する。このような構成にすることにより、ｎ個のプリチャージ回路の抵抗値を全て同じ値にした場合に比べ、電流の変化を小さくしている。これによって、蓄電池装置１００は、エネルギー吸収装置を備える必要がなく、もしくはエネルギー吸収装置を小さくすることができるので、装置の小型化を図ることができる。
【００６１】
なお、第１の実施形態の説明では、プリチャージ回路が２個並列に設けられている場合について説明したが、並列に接続するプリチャージ回路の数を限定する必要はない。例えば、１個、５個、１０個であってもよい。
【００６２】
《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態を図１０に基づいて説明する。第１の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。第２の実施形態に係る蓄電池装置１００ｂでは、電流変化低減部３０ｂの構成が第１の実施形態に係る蓄電池装置１００と異なる。また、遮断器２０と電流変化低減部３０ｂとを直列接続している点が第１の実施形態と異なる。
【００６３】
図１０に示すように、第２の実施形態に係る蓄電池装置１００ｂでは、遮断器２０と電流変化低減部３０ｂとが直列に接続されている。また、電流変化低減部３０ｂ内の複数のプレチャージ回路３１ｂ、３２ｂが直列に接続されている。各プレチャージ回路は、スイッチと抵抗とが並列に接続されて構成されている。
【００６４】
最初に、蓄電池１０と負荷装置２００とを接続する場合の動作について説明する。初期状態では、遮断器２０のスイッチＳ０はＯＦＦ状態である。電流変化低減部３０ｂのスイッチＳ１とＳ２は、ＯＦＦ状態である。この状態において、図１０に示す電流変化低減部３０ｂの両端間のインピーダンスは、無限大である。制御部５０は、接続指令を受信すると、スイッチＳ０をＯＮ状態とし、スイッチＳ１，Ｓ２をＯＦＦ状態に制御する。これにより、図１０に示す電流変化低減部３０ｂの両端間のインピーダンスは、Ｒ１＋Ｒ２となる。
【００６５】
次に、制御部５０は、遮断器２０と電流変化低減部３０ｂの両端の電圧が所定の電圧以下になったことを検知すると、スイッチＳ１（もしくはスイッチＳ２）をＯＮ状態に制御する。スイッチＳ０はＯＮ状態のままである。これにより、図１０に示す電流変化低減部３０ｂの両端間のインピーダンスは、Ｒ２（もしくはＲ１）となる。
【００６６】
次に制御部５０は、遮断器２０と電流変化低減部３０ｂの両端の電圧が別の所定電圧以下になったことを検知すると、スイッチＳ１とスイッチＳ２の両方をＯＮ状態に制御する。これにより、図１０に示す電流変化低減部３０ｂの両端間のインピーダンスは、０Ωとなる。
【００６７】
次に、蓄電池１０と負荷装置２００とを切り離す場合の動作について説明する。初期状態では、遮断器２０のスイッチＳ０はＯＮ状態である。電流変化低減部３０ｂのスイッチＳ１とＳ２は、ＯＮ状態である。この状態において、図１０に示す電流変化低減部３０ｂの両端間のインピーダンスは、０Ωである。
【００６８】
制御部５０は、遮断指令を受信すると、スイッチＳ０をＯＮ状態とし、スイッチＳ１（もしくはスイッチＳ２）をＯＦＦ状態に制御する。これにより、図１０に示す電流変化低減部３０ｂの両端間のインピーダンスは、Ｒ１（もしくはＲ２）となる。
【００６９】
次に、制御部５０は、遮断器２０と電流変化低減部３０ｂの両端の電圧が所定の電圧以上になったことを検知すると、スイッチＳ１とスイッチＳ２の両方をＯＦＦ状態に制御する。スイッチＳ０はＯＮ状態のままである。これにより、図１０に示す電流変化低減部３０ｂの両端間のインピーダンスは、Ｒ１＋Ｒ２となる。
【００７０】
次に制御部５０は、遮断器２０と電流変化低減部３０ｂの両端の電圧が別の所定電圧以上になったことを検知すると、スイッチＳ０をＯＦＦ状態に制御する。これにより、図１０に示す電流変化低減部３０ｂの両端間のインピーダンスは、無限大となる。
【００７１】
以上に説明したように、第２の実施形態に係る蓄電池装置１００ｂは、遮断器２０に直列に接続された電流変化低減部３０ｂを備える。また、電流変化低減部３０ｂは、スイッチと抵抗とを並列に接続したプリチャージ回路を複数直列接続して構成されている。そして、制御部５０は、遮断器２０と電流変化低減部３０ｂの両端の電圧の変化に応じて、遮断器２０および電流変化低減部３０ｂを構成するスイッチＳ０，Ｓ１，Ｓ２を段階的にＯＮ／ＯＦＦ制御する。これにより、蓄電池装置１００ｂは、蓄電池１０と負荷装置２００とを接続もしくは遮断する際の電流の変化を低減し、遮断器２０に印加されるエネルギーを低減している。これにより、蓄電池装置１００ｂは、エネルギー吸収装置を備える必要がなく、もしくはエネルギー吸収装置を小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００７２】
なお、第２の実施形態の説明では、プリチャージ回路が２個直列に設けられている場合について説明したが、直列に接続するプリチャージ回路の数を限定する必要はない。例えば、１個、５個、１０個であってもよい。
【００７３】
《第３の実施形態》
次に、第３の実施形態を図１１に基づいて説明する。第１の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。第３の実施形態に係る蓄電池装置１００ｃでは、図１１に示すように、遮断器２０ｃが直列に接続されたスイッチＳ０１とスイッチＳ０２とから構成されている。電流変化低減部３０ｃは、プリチャージ回路３１とプリチャージ回路３２とが直列に接続されている。プリチャージ回路３１は、スイッチＳ０１と並列に接続され、プリチャージ回路３２は、スイッチＳ０２と並列に接続されている。プリチャージ回路３１は、スイッチＳ１と抵抗Ｒ１とが直列に接続されている。プリチャージ回路３２は、スイッチＳ２と抵抗Ｒ２とが直列に接続されている。
【００７４】
最初に、蓄電池１０と負荷装置２００とを接続する場合の動作について説明する。初期状態では、遮断器２０ｃのスイッチＳ０１とＳ０２はＯＦＦ状態である。電流変化低減部３０ｃのスイッチＳ１とＳ２は、ＯＦＦ状態である。この状態において、図１１に示す遮断器２０ｃの両端間のインピーダンスは、無限大である。
【００７５】
制御部５０は、接続指令を受信すると、スイッチＳ１とＳ２をＯＮ状態とし、スイッチＳ０１，Ｓ０２をＯＦＦ状態に制御する。これにより、図１１に示す遮断器２０ｃの両端間のインピーダンスは、Ｒ１＋Ｒ２となる。
【００７６】
次に、制御部５０は、遮断器２０ｃの両端の電圧が所定の電圧以下になったことを検知すると、スイッチＳ０１（もしくはスイッチＳ０２）をＯＮ状態とする制御信号を出力する。スイッチＳ１とＳ２はＯＮ状態のままである。これにより、図１１に示す遮断器２０ｃの両端間のインピーダンスは、Ｒ２（もしくはＲ１）となる。
【００７７】
次に、制御部５０は、遮断器２０ｃの両端の電圧が別の所定電圧以下になったことを検知すると、スイッチＳ０１とスイッチＳ０２の両方をＯＮ状態とする制御信号を出力する。これにより、図１１に示す遮断器２０ｃの両端間のインピーダンスは、０Ωとなる。
【００７８】
次に、蓄電池１０と負荷装置２００とを切り離す場合の動作について説明する。初期状態では、遮断器２０ｃのスイッチＳ０１とＳ０２はＯＮ状態である。電流変化低減部３０ｃのスイッチＳ１とＳ２は、ＯＮ状態である。この状態において、図１１に示す遮断器２０ｃの両端間のインピーダンスは、０Ωである。
【００７９】
制御部５０は、遮断指令を受信すると、スイッチＳ０１（もしくはスイッチＳ０２）をＯＦＦ状態とし、スイッチＳ１とスイッチＳ２をＯＮ状態に制御する。これにより、図１１に示す遮断器２０ｃの両端間のインピーダンスは、Ｒ２（もしくはＲ１）となる。
【００８０】
次に、制御部５０は、遮断器２０ｃの両端の電圧が所定の電圧以上になったことを検知すると、スイッチＳ０１とスイッチＳ０２の両方をＯＦＦ状態とする制御信号を行う。スイッチＳ１とＳ２はＯＮ状態のままである。これにより、図１１に示す遮断器２０ｃの両端間のインピーダンスは、Ｒ１＋Ｒ２となる。
【００８１】
次に、制御部５０は、遮断器２０ｃの両端の電圧が別の所定電圧以上になったことを検知すると、スイッチＳ１とＳ２をＯＦＦ状態に制御する。これにより、図１１に示す遮断器２０ｃの両端間のインピーダンスは、無限大となる。
【００８２】
以上に説明したように、第３の実施形態に係る蓄電池装置１００ｃは、遮断器２０ｃの両端の電圧に基づいて、遮断器２０ｃのスイッチＳ０１，Ｓ０２及び電流変化低減部３０ｃのスイッチＳ１，Ｓ２を段階的にＯＮ／ＯＦＦ制御する。これにより、蓄電池装置１００ｃは、蓄電池１０と負荷装置２００とを接続もしくは遮断する際の電流の変化を低減し、遮断器２０ｃに印加されるエネルギーを低減している。これにより、蓄電池装置１００ｃは、エネルギー吸収装置を備える必要がなく、もしくはエネルギー吸収装置を小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００８３】
なお、第３の実施形態の説明では、遮断器２０ｃが２個のスイッチＳ０１，Ｓ０２を備える場合について説明したが、スイッチの数を限定する必要はない。例えば、１個、５個、１０個であってもよい。図１１に示すように、遮断器２０ｃのスイッチそれぞれにプリチャージ回路を並列に接続する。
【００８４】
《第４の実施形態》
上記の説明では、蓄電池装置１００と負荷装置２００とを接続もしくは切り離す場合について説明した。第４の実施形態では、蓄電池装置１００ｄに充電装置４００から充電を行う場合について説明する。第１の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。
【００８５】
図１２に示すように、第４の実施形態に係る蓄電池装置１００ｄは、充電装置４００に接続されている。充電装置４００から蓄電池１０に充電を開始する際、制御部５０は、充電装置４００から蓄電池１０への突入電流を低減するように、遮断器２０のスイッチＳ０，電流変化低減部３０のスイッチＳ１，Ｓ２を制御する。
【００８６】
充電を開始する前、スイッチＳ０はＯＦＦ状態、スイッチＳ１およびＳ２はＯＦＦ状態である。制御部５０は、充電装置４００との接続指令を受信すると、スイッチＳ０をＯＦＦ状態とし、スイッチＳ１をＯＦＦ状態，スイッチＳ２をＯＮ状態に制御する。これにより、図１２に示す遮断器２０の両端間のインピーダンスは、Ｒ２となる。
【００８７】
次に、制御部５０は、遮断器２０の両端の電圧が所定の電圧以下になったことを検知すると、スイッチＳ１をＯＮ状態に制御する。スイッチＳ０はＯＦＦ状態のままである。これにより、図１２に示す遮断器２０の両端間のインピーダンスは、Ｒ１とＲ２を並列接続した抵抗値となる。
【００８８】
次に制御部５０は、遮断器２０の両端の電圧が別の所定電圧以下になったことを検知すると、スイッチＳ０をＯＮ状態に制御する。これにより、図１２に示す遮断器２０の両端間のインピーダンスは、０Ωとなる。
【００８９】
以上に説明したように第４の実施形態に係る蓄電池装置１００ｄは、充電装置４００からの充電を開始する際に遮断器２０のスイッチＳ０，電流変化低減部３０のスイッチＳ１，Ｓ２を段階的にＯＮさせることにより、蓄電池１０と充電装置４００を接続させる際の突入電流を低減している。
【００９０】
なお、上記の説明では、遮断器２０を切断する場合及び接続する場合に、電流変化低減部３０のスイッチを制御する場合について説明をした。他の実施形態として、蓄電池装置１００は、遮断器２０を切断する場合にのみ電流変化低減部３０のスイッチを制御するようにしてもよい。
【００９１】
また、上記の説明では、遮断器２０のスイッチＳ０，電流変化低減部３０のスイッチＳ１，Ｓ２をＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチで構成する場合について説明した。しかし、これらのスイッチを構成するデバイスを半導体に限定する必要はない。例えば、リレー等のメカニカルスイッチで構成してもよい。スイッチをリレーで構成した場合、上述したように遮断器２０の両端に加わる電圧は、リレーの接点間に加わる電圧に相当する。リレーの接点間に加わる電圧を低くすることにより、リレーの接点が接触する際のアーク電流を低減することができ、リレーの寿命を長くすることができる。
【００９２】
また、第１の実施形態と第３の実施形態の説明では、遮断器２０もしくは遮断器２０ｃの両端の電圧に基づいて、遮断器２０のスイッチＳ０及び電流変化低減部３０のスイッチＳ１，Ｓ２を制御する説明をした。また、第２の実施形態の説明では、遮断器２０と電流変化低減部３０ｂの両端の電圧に基づいて、遮断器２０のスイッチＳ０及び電流変化低減部３０のスイッチＳ１，Ｓ２を制御する説明をした。この電圧比較に基づく制御に加え、予め設定された所定の時間が経過したことをもって各スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御する条件を加えてもよい。
【００９３】
例えば、制御部５０は、予め定められた時間が経過する毎に、各スイッチを制御する制御信号を切り替えるようにしてもよい。具体的には、制御部５０は、予め定められた時間を計測するタイマー装置を備える。タイマー装置は、タイマーＩＣ、シフトレジスタ、ＣＰＵを用いたソフトタイマー、遅延素子、抵抗ＲとコンデンサＣの時定数で所定時間を設定するＣＲタイマーなどで構成することができる。制御部５０は、式７もしくは式１５に示す条件が成立しない場合でも、タイマー装置で計測した予め設定されている時間が経過するごとに、遮断器２０のスイッチＳ０及び電流変化低減部３０のスイッチＳ１，Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える制御を行う。
【００９４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら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、変更を行うことが出来る。これら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。
【符号の説明】
【００９５】
１０…蓄電池
２０，２０ｃ…遮断器
３０，３０ｂ、３０ｃ…電流変化低減部
３１，３１ｂ、３２，３２ｂ…プリチャージ回路
４０…計測部
５０…制御部
５１…異常検出部
５２…制御信号作成部
１００，１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ…蓄電池装置
２００…負荷装置
２０１…負荷装置の抵抗
２０２…負荷装置のインダクタンス
３００…上位装置
４００…充電装置
Ｓ０，Ｓ０１，Ｓ０２，Ｓ１，Ｓ２…スイッチ
Ｒ１，Ｒ２…抵抗
【図１】
2019161693.tif 000009
【図２】
2019161693.tif 000010
【図３】
2019161693.tif 000011
【図４】
2019161693.tif 000012
【図５】
2019161693.tif 000013
【図６】
2019161693.tif 000014
【図７Ａ】
2019161693.tif 000015
【図７Ｂ】
2019161693.tif 000016
【図８】
2019161693.tif 000017
【図９Ａ】
2019161693.tif 000018
【図９Ｂ】
2019161693.tif 000019
【図１０】
2019161693.tif 000020
【図１１】
2019161693.tif 000021
【図１２】
2019161693.tif 000022