(57)【要約】【課題】放電抑制対象の電池以外の電池から優先的に電力を供給し、放電抑制対象の電池における劣化防止効果を高める。【解決手段】電力消費装置６０へと電力を伝送するバスライン７０に並列に接続されている２以上の電池のうち鉛蓄電池２０からバスライン７０までの間に配置された充放電制御装置１０は、鉛蓄電池２０の放電電圧を低下させるダイオード１１と、ダイオード１１を迂回して鉛蓄電池２０をバスライン７０に接続するバイパス回路１３と、ダイオード１１とバイパス回路１３の電流を検出する電流検出部Ｒ１、Ｒ２と、ダイオード１１とバイパス回路１３の一方又は両方に電流が検出された場合にバイパス回路１３を閉じ、ダイオード１１とバイパス回路１３のいずれにも電流が検出されない場合にバイパス回路１３を開くＭＣスイッチ１、２と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力消費装置へと電力を伝送するバスラインに並列に接続されている２以上の電池のうち、放電電圧特性が他方の電池のうち少なくとも一つと異なっている放電抑制対象電池から、前記バスラインまでの間に配置され、
前記放電抑制対象電池の放電電圧を低下させる回路素子と、
前記回路素子を迂回して前記放電抑制対象電池を前記バスラインに接続するバイパス回路と、
前記回路素子と前記バイパス回路の電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により前記回路素子と前記バイパス回路の一方又は両方に電流が検出された場合に前記バイパス回路を閉じ、前記電流検出部により前記回路素子と前記バイパス回路のいずれにも電流が検出されない場合に前記バイパス回路を開くスイッチング素子と、
を備える充放電制御装置。
【請求項２】
前記２以上の電池は、鉛蓄電池と次世代電池を含み、
前記放電抑制対象電池は、鉛蓄電池である、
請求項１に記載の充放電制御装置。
【請求項３】
前記回路素子は、ダイオードである、
請求項１又は２に記載の充放電制御装置。
【請求項４】
電力消費装置へと電力を伝送するバスラインに並列に接続されている２以上の電池と、
前記２以上の電池のうち、放電電圧特性が他方の電池のうち少なくとも一つと異なっている放電抑制対象電池から、前記バスラインまでの間に配置された充放電制御装置と、
を備え、
前記充放電制御装置は、
前記放電抑制対象電池の放電電圧を低下させる回路素子と、
前記回路素子を迂回して前記放電抑制対象電池を前記バスラインに接続するバイパス回路と、
前記回路素子と前記バイパス回路の電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により前記回路素子と前記バイパス回路の一方又は両方に電流が検出された場合に前記バイパス回路を閉じ、前記電流検出部により前記回路素子と前記バイパス回路のいずれにも電流が検出されない場合に前記バイパス回路を開くスイッチング素子と、
を含む、
充放電制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池等の充放電制御を行う充放電制御装置および充放電制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は安価かつ安全性が高いことから、バックアップ電源として幅広い分野で使用されている。しかし、鉛蓄電池は満充電状態でなければ劣化が加速しやすいというデメリットをもつ。そこで、近年、充放電を繰り返しても劣化しにくいリチウムイオン電池やニッケル水素電池等（以下「次世代電池」という）と、鉛蓄電池とを並列接続することで、鉛蓄電池を延命する試みが検討されている。例えば、図１に示すような商用電力供給のバスライン９１にリチウムイオン電池９２と鉛蓄電池９３とを並列接続する回路構成が挙げられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】津田建二、“カーエレクトロニクスの進化と未来、第４６回「ニッケル水素電池でアイドリングストップの回生エネルギー能力を引き出す」”、［online］、2013年2月21日、［2014年4月18日検索］、インターネット〈URL：http://news.mynavi.jp/series/car-electronics/046/〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来技術では、鉛蓄電池と次世代電池とを並列接続した場合、これらの鉛蓄電池と次世代電池とで電池の放電電圧特性が異なるため、例えばバックアップ電源として動作する際に、必ずしも次世代電池から優先的に放電されるとは限らず、そのため、次世代電池から優先的に放電されず鉛蓄電池から放電されるケースでは鉛蓄電池の劣化防止効果が低減してしまう、という問題点があった。また、このような問題点は、鉛蓄電池と次世代電池とを並列接続した場合に限らず、放電電圧特性が異なる複数の電池を並列接続した場合に生じるおそれがあり、複数の電池のうち、充放電により劣化が進行しやすい電池における劣化防止効果が低減してしまうおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明は、放電電圧特性が異なる複数の電池（例えば鉛蓄電池と次世代電池）を並列接続した場合に、充放電により劣化が進行しやすい放電抑制対象の電池以外の電池から優先的に電力を供給し、放電抑制対象の電池における劣化防止効果を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る充放電制御装置は、電力消費装置へと電力を伝送するバスラインに並列に接続されている２以上の電池のうち、放電電圧特性が他方の電池のうち少なくとも一つと異なっている放電抑制対象電池から、前記バスラインまでの間に配置され、前記放電抑制対象電池の放電電圧を低下させる回路素子と、前記回路素子を迂回して前記放電抑制対象電池を前記バスラインに接続するバイパス回路と、前記回路素子と前記バイパス回路の電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により前記回路素子と前記バイパス回路の一方又は両方に電流が検出された場合に前記バイパス回路を閉じ、前記電流検出部により前記回路素子と前記バイパス回路のいずれにも電流が検出されない場合に前記バイパス回路を開くスイッチング素子と、を備える。
【０００７】
上記の充放電制御装置では、回路素子により放電抑制対象電池の放電電圧が低下しているため、バスラインに並列接続された２以上の電池のうち、放電抑制対象電池以外の電池から優先的にバスライン経由で電力が供給されることとなる。これにより、放電電圧特性に基づき、充放電により劣化が進行しやすい電池を放電抑制対象電池とすることで、放電抑制対象電池（充放電により劣化が進行しやすい電池）における劣化防止効果を高めることが可能となる。
【０００８】
その後、放電抑制対象電池以外の電池からの電力供給が続き、当該電池（放電抑制対象電池以外の電池）の放電電圧が放電抑制対象電池の充放電制御装置を介した放電電圧を下回ると、放電抑制対象電池から回路素子に電流が流れ、このとき電流検出部は回路素子の電流を検出し、スイッチング素子はバイパス回路を閉じる。これにより、回路素子を迂回して、放電抑制対象電池からバイパス回路経由で電力損失なく放電を開始できる。
【０００９】
その後、例えばバスラインの電力供給が再開した場合には、バイパス回路は閉じているため、当該バイパス回路経由で放電抑制対象電池を充電可能となる。そして、放電抑制対象電池の充電が完了し、放電抑制対象電池が満充電になると、電流検出部により回路素子とバイパス回路のいずれにも電流が検出されなくなるため、スイッチング素子はバイパス回路を開く。
【００１０】
なお、上記２以上の電池は、鉛蓄電池と次世代電池（リチウムイオン電池やニッケル水素電池等）とを含み、上記の放電抑制対象電池は、鉛蓄電池としてもよい。この場合、次世代電池から優先的に電力を供給し、鉛蓄電池における劣化防止効果を高めることができる。
【００１１】
もちろん、２以上の電池が鉛蓄電池と次世代電池とを含むことに限定されるものではなく、別のパターン、例えば２以上の電池がリチウムイオン電池とリチウムイオンキャパシタとを含むパターンもありうる。このパターンでは、放電電圧特性に基づき、充放電により劣化が進行しやすいリチウムイオン電池を放電抑制対象電池として予め定めることで、放電抑制対象電池における劣化防止効果を高めることが可能となる。
【００１２】
また、放電抑制対象電池の放電電圧を低下させる回路素子は、ダイオードとしてもよい。かかる回路素子としては、抵抗など他の回路素子も採用しうるが、ダイオードを採用した場合、以下の利点がある。即ち、放電抑制対象電池から適切なタイミングで放電が行われるためには、放電抑制対象電池の放電電圧の低下量を適切な値に設定する必要があるが、上記回路素子として抵抗を採用した場合、電流の大きさに比例して電圧降下（電圧の低下量）が変動するため、負荷の消費電力の大きさ等も含めて適切な抵抗値を設定する必要がある。これに対し、上記回路素子としてダイオードを採用した場合、ダイオードは電流の大きさに対し電圧降下（電圧の低下量）はほぼ一定であるため、上記回路素子として抵抗を採用した場合に比べ、回路設計が容易である。
【００１３】
ところで、上記のような本発明に係る充放電制御装置は、放電電圧特性が異なる２以上の電池をも含んだ充放電制御システムに係る発明として捉えることもでき、同様の作用・効果を奏する。即ち、以下のように記載することができる。
【００１４】
本発明に係る充放電制御システムは、電力消費装置へと電力を伝送するバスラインに並列に接続されている２以上の電池と、前記２以上の電池のうち、放電電圧特性が他方の電池のうち少なくとも一つと異なっている放電抑制対象電池から、前記バスラインまでの間に配置された充放電制御装置と、を備え、前記充放電制御装置は、前記放電抑制対象電池の放電電圧を低下させる回路素子と、前記回路素子を迂回して前記放電抑制対象電池を前記バスラインに接続するバイパス回路と、前記回路素子と前記バイパス回路の電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により前記回路素子と前記バイパス回路の一方又は両方に電流が検出された場合に前記バイパス回路を閉じ、前記電流検出部により前記回路素子と前記バイパス回路のいずれにも電流が検出されない場合に前記バイパス回路を開くスイッチング素子と、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、バックアップ電源として動作する際に、充放電により劣化が進行しやすい放電抑制対象の電池以外の電池から優先的に電力を供給し、放電抑制対象の電池における劣化防止効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術における回路構成例を示す図である。
【図２】発明の実施形態に係る回路構成例を示す図である。
【図３】各電池の放電電圧特性を示すグラフである。
【図４】短時間放電時における動作を説明するための図である。
【図５】長時間放電時における動作を説明するための図である。
【図６】充電時における動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態の充放電制御装置１０が適用される回路では、整流器５０が商用電源４０からの交流電力を直流電力に変換し、バスライン７０経由で電力消費装置６０に直流電力を供給している。また、バックアップ電源としてバスライン７０に鉛蓄電池２０が並列接続され、フロート充電を行っている。ここでは、鉛蓄電池２０の他に、次世代電池としてリチウムイオン電池３０がさらにバスライン７０に並列接続されており、また、鉛蓄電池２０とバスライン７０との間に充放電制御装置１０が配置されている。上記の次世代電池としては、リチウムイオン電池に限定されるものではなく、ニッケル水素電池等も適用可能である。
【００１９】
なお、充放電制御装置１０は、例えば、基地局のバックアップ電源に適応できる。即ち、整流器５０により変換された直流電力がバスライン７０経由で基地局内の通信機器（電力消費装置）６０に供給される構成における、バックアップ電源として適応可能である。また、本発明に係る充放電制御システムは、図２における充放電制御装置１０と鉛蓄電池２０とリチウムイオン電池３０とを含んだ充放電制御システム１に相当する。
【００２０】
充放電制御装置１０は、鉛蓄電池２０の放電電圧を低下させるダイオード１１と、ダイオード１１を迂回して鉛蓄電池２０の充放電を実施可能とするためのバイパス回路１３と、通常はバイパス回路１３を開いておき、ダイオード１１とバイパス回路１３の一方又は両方に電流が流れた場合にバイパス回路１３を閉じるよう制御するＮＯ（Normally  Open）接点型の電磁リレー１２と、を備える。このうち、ＮＯ接点型の電磁リレー１２は、ダイオード１１に電流が流れたことを検出する電流検出部Ｒ１と、バイパス回路１３に電流が流れたことを検出する電流検出部Ｒ２と、電流検出部Ｒ１により電流が検出されたときにバイパス回路１３を閉じるＭＣスイッチ１と、電流検出部Ｒ２により電流が検出されたときにバイパス回路１３を閉じるＭＣスイッチ２と、を備える。なお、図２および後述の図４〜図６では、ＭＣスイッチ１を「ＭＣ１」と表記し、ＭＣスイッチ２を「ＭＣ２」と表記する。
【００２１】
図３は、鉛蓄電池２０とリチウムイオン電池３０の放電電圧特性の例として、充電率であるＳＯＣ（State  Of  Charge）に対する電池電圧の特性を示している。図３では、太い実線がリチウムイオン電池３０の放電電圧特性を、細い実線が実際の鉛蓄電池２０の放電電圧特性を、破線がダイオード１１による電圧降下を考慮した場合の鉛蓄電池２０の放電電圧特性を、それぞれ示す。図３からは、リチウムイオン電池３０の電池電圧は、ＳＯＣがｋ％を下回ったとき、ダイオード１１による電圧降下を考慮した場合の満充電状態（ＳＯＣ＝100％）の鉛蓄電池２０の電池電圧を下回ることがわかる。なお、図２の通常状態では、鉛蓄電池２０およびリチウムイオン電池３０は満充電状態にあるものとする。
【００２２】
以上のような構成における動作について、以下、説明する。
【００２３】
整流器５０により変換された直流電力がバスライン７０経由で電力消費装置６０（例えば基地局内の通信機器）に供給され、鉛蓄電池２０が満充電である場合、鉛蓄電池２０は充放電していないため、図２に示すようにＭＣスイッチ１、２は開いている。この時、商用電源４０に停電が発生して整流器５０からの直流電力が停止したとすると、鉛蓄電池２０にはダイオード１１が直列に接続されているため、図３の破線で示す鉛蓄電池２０の放電電圧は、細い実線で示す実際の放電電圧よりも低下し、その結果、図４に矢印Ａで示すように、電力は、相対的に放電電圧が高いリチウムイオン電池３０から優先的に放電され、電力消費装置６０に供給される。
【００２４】
その後、商用電源４０の停電が長時間継続した場合、リチウムイオン電池３０の放電電圧が低下し、図３に示すようにリチウムイオン電池３０のＳＯＣがｋ％を下回ったとき、リチウムイオン電池３０の放電電圧は、ダイオード１１による電圧降下を考慮した場合の満充電状態（ＳＯＣ＝100％）の鉛蓄電池２０の電池電圧を下回る。このとき、鉛蓄電池２０から電力が供給され、ダイオード１１経由で電流検出部Ｒ１に電流が流れ、電流検出部Ｒ１により電流が検出され、これにより、ＭＣスイッチ１が閉じる。この動作により、バイパス回路１３が閉じるため、図５に矢印Ｂで示すように、ダイオード１１による電力ロスおよび電圧低下が発生することなく鉛蓄電池２０から放電することができる。また、鉛蓄電池２０からの放電電流はバイパス回路１３を流れるため、電流検出部Ｒ２により電流が検出され、これにより、ＭＣスイッチ１に代わりＭＣスイッチ２が閉じることになる。
【００２５】
そして、商用電源４０が復旧し整流器５０からの電力供給が再開した場合は、バイパス回路１３は閉じているため、図６に矢印Ｃ１で示すように、整流器５０からの電力はバイパス回路１３経由で鉛蓄電池２０に供給され、鉛蓄電池２０が充電される。なお、このとき図６に矢印Ｃ２で示すように、整流器５０からの電力はリチウムイオン電池３０に供給され、リチウムイオン電池３０も充電される。
【００２６】
その後、鉛蓄電池２０への充電が完了し鉛蓄電池２０が満充電状態になると、電流検出部Ｒ２により電流が検出されなくなるため、ＭＣスイッチ２は開き、図２の通常状態に復帰する。
【００２７】
以上説明した実施形態によれば、鉛蓄電池と次世代電池（例えばリチウムイオン電池）とを並列接続した構成で、停電時に、次世代電池から優先的に電力を放電することができる。このため、充放電により劣化が進行しやすい放電抑制対象の電池（鉛蓄電池）の劣化防止効果を高めることができる。
【００２８】
また、停電が長期化し、次世代電池の放電電圧が、ダイオードによる電圧降下を考慮した場合の満充電状態の鉛蓄電池の電池電圧を下回ったとき、ＮＯ接点型の電磁リレーの動作によりバイパス回路が閉じるため、図５に矢印Ｂで示すように、ダイオードによる電力ロスおよび電圧低下が発生することなく鉛蓄電池から放電することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、バックアップ電源として、鉛蓄電池と次世代電池（リチウムイオン電池やニッケル水素電池等）とが並列接続された構成で、充放電により劣化が進行しやすい鉛蓄電池を放電抑制対象電池とした例を示した。ただし、これに限定されるものではなく、別のパターン、例えばリチウムイオン電池とリチウムイオンキャパシタとが並列接続された構成も考えられ、このパターンでは、放電電圧特性に基づき、相対的に充放電による劣化がより進行しやすいリチウムイオン電池を放電抑制対象電池として予め定めることで、放電抑制対象電池における劣化防止効果を高めることが可能となる。
【００３０】
また、バックアップ電源として３つ以上の電池が並列接続された構成の場合も、充放電により最も劣化が進行しやすい電池を放電抑制対象電池として定め、当該放電抑制対象電池とバスラインとの間に上記の充放電制御装置を配置することで、上記実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。
【００３１】
また、上記実施形態では、放電抑制対象電池の放電電圧を低下させる回路素子として、ダイオードを採用した例を示した。ただし、これに限定されるものではなく、かかる回路素子としては、抵抗など他の回路素子を採用してもよい。ただし、かかる回路素子としてダイオードを採用した場合、以下の利点がある。即ち、放電抑制対象電池から適切なタイミングで放電が行われるためには、放電抑制対象電池の放電電圧の低下量を適切な値に設定する必要があるが、上記回路素子として抵抗を採用した場合、電流の大きさに比例して電圧降下（電圧の低下量）が変動するため、負荷の消費電力の大きさ等も含めて適切な抵抗値を設定する必要がある。これに対し、上記回路素子としてダイオードを採用した場合、ダイオードは電流の大きさに対し電圧降下（電圧の低下量）はほぼ一定であるため、上記回路素子として抵抗を採用した場合に比べ、回路設計が容易である。
【符号の説明】
【００３２】
１…充放電制御システム、１０…充放電制御装置、１１…ダイオード、１２…電磁リレー、１３…バイパス回路、２０…鉛蓄電池、３０…リチウムイオン電池、４０…商用電源、５０…整流器、６０…電力消費装置、７０…バスライン。
【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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