(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池と、
複数のキャパシタを互いに直列に接続して構成され、外部の変換装置と接続される第１蓄電部と、
前記変換装置以外の専ら外部への放電の用に供するキャパシタによって構成される第２蓄電部と、
前記第１蓄電部の複数のキャパシタから一のキャパシタを選択し、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続して充電回路又は放電回路を構成することを前記第１蓄電部の全てのキャパシタについて順番に実行するとともに、前記第２蓄電部のキャパシタを、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続してキャパシタ充電回路を構成する接続装置と
を備えていることを特徴とする二次電池充放電装置。
【請求項２】
前記第１蓄電部と前記第２蓄電部とは互いに直列に接続されている請求項１に記載の二次電池充放電装置。
【請求項３】
前記変換装置による前記第１蓄電部への充電中に、前記第２蓄電部から外部への放電が行われる請求項１に記載の二次電池充放電装置。
【請求項４】
前記接続装置は、各二次電池の両端電圧を測定する回路を含む請求項１に記載の二次電池充放電装置。
【請求項５】
前記接続装置は、前記キャパシタのいずれとの接続用にも選択されていない不使用の各二次電池について、その両端電圧に基づいて充電深度を求め、いずれかの二次電池を充電するときは、充電深度が相対的に低い二次電池を優先的に前記第１蓄電部のキャパシタに接続する請求項４に記載の二次電池充放電装置。
【請求項６】
前記接続装置は、前記キャパシタのいずれとの接続用にも選択されていない不使用の各二次電池について、その両端電圧に基づいて充電深度を求め、いずれかの二次電池を放電させるときは、充電深度が相対的に高い二次電池を優先的にいずれかの前記キャパシタに接続する請求項４に記載の二次電池充放電装置。
【請求項７】
請求項１に記載の二次電池充放電装置と、当該二次電池充放電装置の入出力と所望の系統とを仲介する変換装置とを備えた電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電して繰り返し使用可能な二次電池を充電する装置及び、充電された二次電池から放電させる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電して繰り返し使用可能な二次電池を用いて電力を貯蔵し、必要時に二次電池から系統へ電力を供給する電力貯蔵技術の開発が進んでいる（例えば、非特許文献１参照。）。このような電力貯蔵技術は、電力需要の変動を緩和して発電設備の利用率を高める用途の他、太陽光発電や風力発電のように発電量の変動が大きい発電設備を補完する用途にも適用可能である（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００３】
上記のような用途に用いられる二次電池は、多数の電池の集合体からなる。例えばリチウムイオン電池であれば、１個の電圧は３．６Ｖ程度であるので、多数の電池を直列に接続してストリングを構成し、さらにストリングを並列に接続した直並列接続とする。このような多数の電池を充電しておくことにより、必要な場合に、系統連系が可能な電圧・電力を供給することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】三菱重工技報Ｖｏｌ．４１、Ｎｏ．５、「リチウムイオン電池電力貯蔵システムの開発」、２００４年９月
【非特許文献２】電気設備学会誌、平成１７年１０月、「レドックスフロー電池の風力発電出力平滑化用途への適用」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図９は、上記のようにストリングを並列に接続した状態の一例を示す接続図である。図において、縦方向に複数個の電池（二次電池）が直列接続されて１つのストリングを成している。また、３組のストリングＳ１，Ｓ２，Ｓ３が互いに並列に接続されている。充電時には電池に電流が流れ込み、電力が蓄えられる。放電時には、電池から電流が流れ出て、電力が外部へ供給される。
【０００６】
ストリングＳ１，Ｓ２，Ｓ３についてそれぞれ、起電力の総和をＥ１，Ｅ２，Ｅ３、内部抵抗の総和をＲ１，Ｒ２，Ｒ３、流れる電流をｉ１，ｉ２，ｉ３とし、各ストリング両端の電圧をＶ、全ストリングに流れる電流の合計をＩとすると、以下の式が成り立つ。
Ｖ＝Ｅ１−ｉ１・Ｒ１＝Ｅ２−ｉ２・Ｒ２＝Ｅ３−ｉ３・Ｒ３
Ｉ＝ｉ１＋ｉ２＋ｉ３
【０００７】
各電池は内部抵抗にばらつきがあり、特に劣化の度合いによって内部抵抗が大きく異なってくる。そのため、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が同じ値になることはないと言ってもよい。従って、通常、電流ｉ１，ｉ２，ｉ３は互いに異なる値である。電池の充電深度は、充放電時の電流の時間積分値で変化するので、電流のばらつきがあると、充電深度にもばらつきが生じる。また、充電時に、いずれか１つの電池が満充電の状態になると、過充電を防止するために他の電池は満充電でなくても充電を停止させる必要がある。従って、全ての電池を満充電の状態にすることはできない。逆に、電池から放電させて外部に電力供給する場合には、充電深度が最も低い電池が放電限界に達すると、その他の電池は残量があっても放電させることができなくなる。
【０００８】
このように、電池としての性能にばらつきがある多数の電池を用いて充放電を行わせる場合、いずれかの電池がいわば全体の足を引っ張る形になって、全体としての充放電性能を十分に生かせないという問題点がある。残量のばらつきを強引に解消させるには、全ての電池を個々に満充電するか、又は逆に空にすることにより、一時的に残量を揃えることは可能である。しかし、これには特殊な作業が必要であり、その間、充放電装置としては利用できない状態となるので、結果的に利用率を低下させることになる。
【０００９】
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、性能にばらつきがある複数の二次電池を、より有効に活用することができる充放電装置及びこれを用いた電力貯蔵システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
例えば、この二次電池充放電装置は、複数の二次電池と、キャパシタによって構成され、外部の変換装置と接続される第１蓄電部と、専ら外部への放電の用に供するキャパシタによって構成される第２蓄電部と、前記第１蓄電部のキャパシタを、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続して充電回路又は放電回路を構成するとともに、前記第２蓄電部のキャパシタを、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続してキャパシタ充電回路を構成する接続装置とを備えている。
【００１１】
上記のように構成された二次電池充放電装置では、外部の変換装置が直接的に電気エネルギーのやりとりを行うのは第１蓄電部であり、二次電池ではない。従って、複数の二次電池をどのように使うかの自由度が広がり、固定的な回路構成で複数の二次電池を使用する必要は無くなる。これにより、性能（種類も含む。）の異なる複数の二次電池であっても、自在に活用することが可能となる。例えば、二次電池を放電させるときは、残量の少ない二次電池に制約を受けることなく、残量の多い二次電池を優先的に利用することができるので、より有効に複数の二次電池を活用する二次電池充放電装置を提供することができる。
【００１２】
一方、外部への放電専用の第２蓄電部が設けられていることにより、二次電池の電気エネルギーに基づいて、第１蓄電部とは別に所定の電圧を提供することができる。また、第１蓄電部を介して二次電池を充電するときでも、第２蓄電部はこれとは別に外部へ電圧を提供することができる。従って、二次電池を充電しながら、第２蓄電部を介して外部に所定の電圧を供給することが可能である。
【００１３】
（１）より具体的には、本発明の二次電池充放電装置は、複数の二次電池と、複数のキャパシタを互いに直列に接続して構成され、外部の変換装置と接続される第１蓄電部と、前記変換装置以外の専ら外部への放電の用に供するキャパシタによって構成される第２蓄電部と、前記第１蓄電部の複数のキャパシタから一のキャパシタを選択し、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続して充電回路又は放電回路を構成することを前記第１蓄電部の全てのキャパシタについて順番に実行するとともに、前記第２蓄電部のキャパシタを、前記複数の二次電池から選択した二次電池と接続してキャパシタ充電回路を構成する接続装置とを備えている。
【００１４】
上記（１）のように構成された二次電池充放電装置では、外部の変換装置が直接的に電気エネルギーのやりとりを行うのは第１蓄電部であり、二次電池ではない。従って、複数の二次電池をどのように使うかの自由度が広がり、固定的な回路構成で複数の二次電池を使用する必要は無くなる。これにより、性能（種類も含む。）の異なる複数の二次電池であっても、自在に活用することが可能となる。例えば、二次電池を放電させるときは、残量の少ない二次電池に制約を受けることなく、残量の多い二次電池を優先的に利用することができるので、より有効に複数の二次電池を活用する二次電池充放電装置を提供することができる。また、直列接続した複数のキャパシタを用いることで、第１蓄電部全体としては高い電圧定格であっても、個々のキャパシタの両端電圧は、二次電池で出力できる電圧あるいは二次電池の充電に適した電圧にすることができる。
【００１５】
一方、外部への放電専用の第２蓄電部が設けられていることにより、二次電池の電気エネルギーに基づいて、第１蓄電部とは別に所定の電圧を提供することができる。また、第１蓄電部を介して二次電池を充電するときでも、第２蓄電部はこれとは別に外部へ電圧を提供することができる。従って、二次電池を充電しながら、第２蓄電部を介して外部に所定の電圧を供給することが可能である。
【００１６】
（２）また、上記（１）の二次電池充放電装置において、第１蓄電部と第２蓄電部とは互いに直列に接続されていることが好ましい。
この場合、全体として一本の直列体を成す複数のキャパシタによって第１蓄電部及び第２蓄電部を構成することができるので、蓄電部全体の構成が簡素で無駄がない。
【００１７】
（３）また、上記（１）の二次電池充放電装置において、変換装置による第１蓄電部への充電中に、第２蓄電部から外部への放電が行われるようにしてもよい。
この場合、例えば外部からの回生電力により第１蓄電部を充電しつつ、外部へは第２蓄電部から直流電圧を提供することができる。
【００１８】
（４）また、上記（１）の二次電池充放電装置において、接続装置は、各二次電池の両端電圧を測定する回路を含むことが好ましい。
二次電池は選択されて使用されるので、逆に言えば、使用されていないときがある。そこで、キャパシタと接続されていない不使用時の当該二次電池の両端電圧に基づいて充電深度を求めることができる。
【００１９】
（５）また、上記（４）の二次電池充放電装置において、接続装置は、キャパシタのいずれとの接続用にも選択されていない不使用の各二次電池について、その両端電圧に基づいて充電深度を求め、いずれかの二次電池を充電するときは、充電深度が相対的に低い二次電池を優先的に第１蓄電部のキャパシタに接続するようにしてもよい。
この場合、残量が少ない二次電池を充電して、当該二次電池を、放電用に選択できる状態に回復させることができる。
【００２０】
（６）また、上記（４）の二次電池充放電装置において、接続装置は、キャパシタのいずれとの接続用にも選択されていない不使用の各二次電池について、その両端電圧に基づいて充電深度を求め、いずれかの二次電池を放電させるときは、充電深度が相対的に高い二次電池を優先的にいずれかのキャパシタに接続するようにしてもよい。
この場合、充電深度の劣る電池に制約されることなく、その時点で性能が優れている二次電池を適時に有効活用することができる。
【００２１】
（７）また、上記（１）の二次電池充放電装置と、当該二次電池充放電装置の入出力と所望の系統とを仲介する変換装置とを備えた電力貯蔵システムを構成することができる。
前述の二次電池充放電装置を用いることにより、性能にばらつきがある二次電池を用いて電力貯蔵システムを構成することができる。従って、例えば、中古の二次電池を用いることにより、安価に、電力貯蔵システムを構成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の二次電池充放電装置及び電力貯蔵システムによれば、性能にばらつきがある複数の二次電池を、より有効に活用することができる。また、外部への放電専用の第２蓄電部が設けられていることにより、二次電池の電気エネルギーに基づいて、第１蓄電部とは別に所定の電圧を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る二次電池充放電装置の詳細な回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】電池情報の取得に関する処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】充電又は放電の動作に関する処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図４における電池の選択・接続の処理の内容を示すフローチャート（サブルーチン）である。
【図６】二次電池充放電装置の詳細な回路構成の他の例を示す回路図である。
【図７】変換装置の構成が図１とは異なる場合の電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。
【図８】直流負荷系統と連系する場合の電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。
【図９】二次電池のストリングを並列に接続した状態の一例を示す接続図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
《電力貯蔵システムとしての概略》
図１は、本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。この電力貯蔵システムは、例えば、ハイブリッドカーや電気自動車におけるメインバッテリシステムとして利用可能なものである。
図において、モータ駆動用の３相交流負荷に接続される電力貯蔵システムは、交流／直流を相互に変換する交直変換装置１０１と、二次電池充放電装置１とによって構成される。交直変換装置１０１は、交流から直流へ、及び、直流から交流へ、のいずれにも変換を行うことができる。なお、二次電池充放電装置１について図示しているのは、その一部を成すキャパシタのみであり、その他の詳細については後述する。
【００２５】
複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎは、互いに直列に接続され、ストリングを構成している。複数のストリングＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓｍは、互いに並列に接続されている。なお、これらｎ，ｍの数値は、必要に応じて自在に構成することができる。車両の走行用モータを駆動するには、例えば、２００〜５００Ｖの電圧が必要となる。
また、各ストリングＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓｍに対して直列にもう一つの（一単位の）キャパシタＣｄが接続されており、各キャパシタＣｄは互いに並列に接続されている。各キャパシタＣｄの両端電圧はＤＣ負荷に供給される。このＤＣ負荷とは、走行用モータ以外の負荷で、車両の照明、空調、計装等の負荷であり、電圧は、例えば１２Ｖである。
【００２６】
《二次電池充放電装置》
図２は、本発明の一実施形態に係る二次電池充放電装置１の詳細な回路構成の一例を示す回路図である。図において、この装置１は、大別すると、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ８と、キャパシタによって構成される第１蓄電部２ａ及び第２蓄電部２ｂと、接続装置３（二点鎖線で囲む部分）と、によって構成されている。二次電池に関する「複数」の一例として、例えば図示の８個の二次電池Ｂ１〜Ｂ８があるものとする。
【００２７】
二次電池Ｂ１〜Ｂ８の各々は、電池としての一個体が１個のみからなるものであってもよいし、複数個直列に接続されたストリングであってもよい。但し、基本的に、一つの電池（Ｂ１〜Ｂ８の各々）の両端電圧は、１つのキャパシタ（Ｃ１〜Ｃ４の各々）の両端電圧に対応している。なお、二次電池としては、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、その他各種の充電可能な電池を用いることができる。
【００２８】
一方、第１蓄電部２ａは複数のキャパシタの直列体からなる。図示及び説明の便宜上、３つのキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を示しているが、実際には第１蓄電部２ａの両端電圧がＡＣ負荷用の電圧に対応するような個数が必要である。これらのキャパシタＣ１〜Ｃ３は、図１における１ストリングのキャパシタＣ１〜Ｃｎに相当するものである。第１蓄電部２ａは、二次電池Ｂ１〜Ｂ８のいずれか又は交直変換装置１０１から提供される電気エネルギーを蓄えつつ放出するという過程を連続的に行って、電気エネルギーの中継を行う。
【００２９】
ここで、交直変換装置１０１と直接的に電気エネルギーのやりとりをするのは第１蓄電部２ａであり、また、交直変換装置１０１から見て、電圧として現れているのは、第１蓄電部２ａの両端電圧のみである。二次電池Ｂ１〜Ｂ８は、放電により第１蓄電部２ａに電気エネルギーを送り込むか、または、第１蓄電部２ａから電気エネルギーを受け取って充電されることを実現できればよい。そのため、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ８をどのように使うかの自由度が広がり、固定的な回路構成で使用する必要は無くなる。
【００３０】
また、第２蓄電部２ｂは、１個のキャパシタＣ４によって構成される。但し、この１個というのは一例に過ぎず、複数のキャパシタの直列体であってもよい。すなわち、第２蓄電部２ｂとしての両端電圧がＤＣ負荷用の電圧に対応するような個数が必要である。このキャパシタＣ４は、例えば図１におけるキャパシタＣｄに相当するものである。第２蓄電部２ｂは、二次電池Ｂ１〜Ｂ８のいずれかから提供される電気エネルギーを蓄えつつ放出するという過程を連続的に行って、二次電池からＤＣ負荷への電力供給の中継を行う。
【００３１】
また、外部の交直変換装置１０１による第１蓄電部２ａへの充電中に、第２蓄電部２ｂから外部への放電を行うことができる。従って、外部からの電力（例えば回生電力）により第１蓄電部２ａを充電しつつ、外部へは第２蓄電部２ｂから直流電圧を提供する、ということも可能である。但し、第１蓄電部２ａとは異なり、第２蓄電部２ｂのキャパシタＣ４は、専ら外部への放電の用に供するものであり、二次電池を充電する用途には使用されない。
【００３２】
二次電池Ｂ１〜Ｂ８の負極は全て、共通のマイナス側電路Ｌｎ２に接続されている。また、正極はそれぞれスイッチＳＢ１〜ＳＢ８を介してプラス側電路Ｌｐ２に接続されている。スイッチＳＢ１〜ＳＢ８は、どの二次電池Ｂ１〜Ｂ８をプラス側電路Ｌｐ２につなぐかを選択するスイッチである。また、プラス側電路Ｌｐ２が抵抗Ｒを介して、第１，第２蓄電部２ａ，２ｂの図示のどの部位につながるかを選択するのがスイッチＳＰ１〜ＳＰ４である。
【００３３】
すなわち、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４を介した行き先はそれぞれ、プラス側電路Ｌｐ１、キャパシタＣ１，Ｃ２の相互接続点、キャパシタＣ２，Ｃ３の相互接続点、キャパシタＣ３，Ｃ４の相互接続点（中間電路Ｌｍ１）である。
ＡＣ負荷（例えば走行用モータ）のための交直変換装置１０１は、プラス側電路Ｌｐ１と、中間電路Ｌｍ１との間に接続される。また、ＤＣ負荷（例えば計装等の負荷）は、中間電路Ｌｍ１と、マイナス側電路Ｌｎ１との間に接続される。
【００３４】
なお、上記の抵抗Ｒは、ここを流れる電流の抑制、特に、充放電開始時の電流が過度に大きくなることの抑制を目的として設けられている。但し、抵抗以外に、リアクトルでもよく、要するに、二次電池Ｂ１〜Ｂ８と第１，第２蓄電部２ａ，２ｂとの間に流れる電流を抑制する回路素子が介装されていればよい。
【００３５】
さらに、マイナス側電路Ｌｎ２が、第１，第２蓄電部２ａ，２ｂの図示のどの部位につながるかを選択するのがスイッチＳＮ１〜ＳＮ４である。すなわち、スイッチＳＮ１〜ＳＮ４を介した行き先はそれぞれ、キャパシタＣ１，Ｃ２の相互接続点、キャパシタＣ２，Ｃ３の相互接続点、キャパシタＣ３，Ｃ４の相互接続点（中間電路Ｌｍ１）、マイナス側電路Ｌｎ１である。
【００３６】
上記スイッチＳＢ１〜ＳＢ８、ＳＰ１〜ＳＰ４、ＳＮ１〜ＳＮ４は、高速応答に適し、耐久性にも優れている半導体スイッチング素子であり、例えば、ＦＥＴが用いられる。ＦＥＴは高速応答に適し、特に、ＳｉＣ−ＦＥＴは、高速応答及び耐電圧の点で最も優れている。また、材料としては、ＳｉＣ、ＧａＮ、又は、ダイヤモンド等の材料によって構成されたワイドバンドギャップ半導体が好適である。
ＣＰＵを含む制御装置４は、上記スイッチＳＢ１〜ＳＢ８、ＳＰ１〜ＳＰ４、ＳＮ１〜ＳＮ４を個別にオン・オフする。
【００３７】
一方、二次電池Ｂ１〜Ｂ８の各正極はそれぞれ、スイッチＳＭ１〜ＳＭ８を介して信号電路Ｌｓに接続されている。信号電路Ｌｓ及び、二次電池Ｂ１〜Ｂ８の各負極が接続されたマイナス側電路Ｌｎ２は、Ａ／Ｄコンバータ５の入力端子に接続されている。すなわち、いずれか１つのスイッチをオンにすれば、対応する二次電池の両端電圧がＡ／Ｄコンバータ５に入力される。Ａ／Ｄコンバータ５は入力されたアナログ電圧値をデジタル電圧値に変換して、制御装置４に提供する。制御装置４はスイッチＳＭ１〜ＳＭ８をオン・オフする。なお、スイッチＳＭ１〜ＳＭ８としては、他のスイッチＳＢ１〜ＳＢ８、ＳＰ１〜ＳＰ４、ＳＮ１〜ＳＮ４と同様の半導体スイッチング素子を使用してもよいし、また、フォトカプラを使用することもできる。
【００３８】
図２における第１，第２蓄電部２ａ，２ｂ及び二次電池Ｂ１〜Ｂ８を除く部分は、キャパシタＣ１〜Ｃ３についてはそのいずれかを、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ８から選択した二次電池と接続して充電回路又は放電回路を構成し、また、キャパシタＣ４については、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ８から選択した二次電池と接続してキャパシタ充電回路を構成する接続装置３となっている。
【００３９】
次に、上記の二次電池充放電装置１の動作について説明する。二次電池充放電装置の動作は、電池情報の取得に関する処理と、充電又は放電の動作に関する処理とがあり、これらの処理は平行して行われる。
スイッチＳＭ１〜ＳＭ８、Ａ／Ｄコンバータ５及び制御装置４は、各二次電池Ｂ１〜Ｂ８の両端電圧を測定する回路を構成しており、この回路によって電池情報が取得される。なお、本実施形態の二次電池充放電装置１では、二次電池Ｂ１〜Ｂ８は、選択されて使用されるので、非選択の二次電池は使用されていない。使用されていない二次電池については、起電力の測定が可能である。
【００４０】
図３は、電池情報の取得に関する処理の一例を示すフローチャートである。図において、まず、制御装置４は、８個のスイッチＳＭ１〜ＳＭ８のうち、いずれか１つをオン（他は全てオフ）にして（ステップＳ１）、対応する二次電池（以下、単に電池とも言う。）の両端電圧を測定する（ステップＳ２）。ここで、現在、使用（選択）されていない電池の両端電圧は内部抵抗による電圧降下が無いので、実質的に起電力を表している。一方、使用されている電池の両端電圧は、電流が内部抵抗に流れることによる電圧降下分だけ、起電力より低い値となる。
【００４１】
そこで、制御装置４は、両端電圧を測定した電池が、現在使用中か否か、すなわち、選択された電池であるか否かを判定し（ステップＳ３）。使用中でなければ、測定値を起電力として扱う（ステップＳ４）。起電力がわかれば、ネルンストの式（Nernst Equation）を用いて充電深度を求めることができる（ステップＳ５）。一方、使用中であれば、測定値をそのまま両端電圧として扱い（ステップＳ６）、既に記憶している起電力との比較に基づいて内部抵抗を求める（ステップＳ７）。
【００４２】
その後、制御装置４は、ステップＳ１に戻り、次のスイッチをオンにして、同様の処理を行う。ステップＳ１において制御装置４は、例えばスイッチＳＭ１からＳＭ８まで順番に選択し、ＳＭ８の次は、またＳＭ１から順番に選択する。このようにしてサイクリックに電池情報の取得を繰り返し、情報を更新していく。
なお、充電深度すなわち電池としての残量は、充放電に際して、どの二次電池を選択するかの選択基準となる。また、電池は、劣化するほど内部抵抗が大きくなるので、内部抵抗に基づいて交換時期を判断し、交換を促す警告を発する処理を行うこともできる。
【００４３】
図４は、充電又は放電の動作に関する処理の一例を示すフローチャートである。まず、制御装置４は、電池の充電か放電かによって、動作を区別する（ステップＳ１０）。充電／放電のどちらの動作を行うかは、外部（上位システム）からの指示による。
まず、二次電池を放電させる場合の動作について説明する。なお、放電に使用される電池は基本的に１つ（１ストリング）である。
【００４４】
まず、制御装置４は、電池の選択・接続の処理を行う（ステップＳ１１）。図５は、この処理の内容を示すフローチャート（サブルーチン）である。図５において、上記の電池情報に基づいて、制御装置４は、放電用として最も充電深度が高い電池（Ｂ１〜Ｂ８のいずれか１つ）を、次に選択すべき電池として特定する（ステップＳｘ１）。なお、現時点で選択されている電池については、電圧降下のために正確な充電深度を把握できないので、当該電池は除外して、その他の電池のうちで最も充電深度が高い電池（Ｂ１〜Ｂ８のうち使用中の１つを除いたものの中のいずれか１つ）を特定するようにしてもよい。
【００４５】
次に、制御装置４は、現時点で選択されている電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオフにして、当該電池を系統から解列する（ステップＳｘ２）。なお、この解列前に、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４及びＳＮ１〜ＳＮ４は全てオフとなっている。続いて制御装置４は、次に選択すべき電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオンにして、当該電池をプラス側電路Ｌｐ２に接続する（ステップＳｘ３）。
【００４６】
ここで、制御装置４は、図４のステップＳ１２に戻り、スイッチＳＰ１及びＳＮ１をオンにして、選択された電池からキャパシタＣ１への放電回路を構成し、キャパシタＣ１を充電する。電池を放電させる時間はキャパシタＣ１の容量や電池の性能にもよるが、ごく短時間であり、当該時間経過後は、スイッチＳＰ１及びＳＮ１をオフにする。
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ２及びＳＮ２をオンにして、選択された電池からキャパシタＣ２への放電回路を構成し、キャパシタＣ２を充電する（ステップＳ１３）。また、制御装置４は、電池の放電時間経過後には、スイッチＳＰ２及びＳＮ２をオフにする。
【００４７】
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ３及びＳＮ３をオンにして、選択された電池からキャパシタＣ３への放電回路を構成し、キャパシタＣ３を充電する（ステップＳ１４）。また、制御装置４は、電池の放電時間経過後には、スイッチＳＰ３及びＳＮ３をオフにする。
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ４及びＳＮ４をオンにして、選択された電池からキャパシタＣ４への放電回路を構成し、キャパシタＣ４を充電する（ステップＳ１５）。また、制御装置４は、電池の放電時間経過後には、スイッチＳＰ４及びＳＮ４をオフにする。
【００４８】
ステップＳ１５の後、制御装置４はステップＳ１０に戻り、同様の処理を繰り返す。電池はその都度特定される（ステップＳ１１，Ｓｘ１）ので、現在選択されている電池を次期選択の対象外とする場合は、残りの電池の中で充電深度が最も高い電池が選択されることになる。このようにして、残量の多い電池が逐次選ばれる。なお、「残りの電池の中で充電深度が最も高い」というのは選択基準の一例であり、必ずしも最も高いものでなくてもよい。例えば充電深度が１，２番手の電池からランダムに選ぶ、というような選択も可能である。
【００４９】
要するに、充電深度が相対的に高い電池を優先的に選択することで、充電深度の劣る（残量の少ない）電池に制約されることなく、その時点で性能が優れている電池を適時に有効活用することができる。
なお、同じ電池を連続的に選択して使用することも可能である。但し、使用中は最新の充電深度がわからないので、所定回数連続して使用した後、次の電池を選択するようにすればよい。具体的には、例えば、ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を所定回数繰り返してからステップＳ１０に戻るフローチャートにすればよい。
【００５０】
次に、二次電池を充電する場合の動作について説明する。なお、充電に使用される（すなわち充電される）電池は基本的に１つ（１ストリング）である。まず、制御装置４は、電池の選択及び接続の処理を行う（ステップＳ２１）。この処理の内容は、見かけ上は前述の場合（ステップＳ１１）と同様に、図５のフローチャート（サブルーチン）に示されている。但し、電池を選択するための基準が、前述の場合とは異なる。
まず、前述の電池情報に基づいて、制御装置４は、充電用（充電対象）として最も充電深度が低い電池（Ｂ１〜Ｂ８のいずれか１つ）を、次に選択すべき電池として特定する（ステップＳｘ１）。
【００５１】
次に、制御装置４は、現時点で選択されている電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオフにして、当該電池を系統から解列する（ステップＳｘ２）。なお、この解列前に、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４及びＳＮ１〜ＳＮ４は全てオフとなっている。続いて制御装置４は、次に選択すべき電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオンにして、当該電池をプラス側電路Ｌｐ２に接続する（ステップＳｘ３）。
【００５２】
図４に戻り、制御装置４は、スイッチＳＰ１及びＳＮ１をオンにして、キャパシタＣ１から選択された電池への充電回路を構成し、キャパシタＣ１を放電させる（ステップＳ２２）。なお、キャパシタＣ１を放電させる時間は、ごく短時間であり、当該時間経過後は、スイッチＳＰ１及びＳＮ１をオフにする。
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ２及びＳＮ２をオンにして、キャパシタＣ２から選択された電池への充電回路を構成し、キャパシタＣ２を放電させる（ステップＳ２３）。また、制御装置４は、キャパシタＣ２の放電時間経過後は、スイッチＳＰ２及びＳＮ２をオフにする。
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ３及びＳＮ３をオンにして、キャパシタＣ３から選択された電池への充電回路を構成し、キャパシタＣ３を放電させる（ステップＳ２４）。また、制御装置４は、キャパシタＣ３の放電時間経過後は、スイッチＳＰ３及びＳＮ３をオフにする。
【００５３】
以上のようにしてキャパシタＣ１〜Ｃ３を放電させ、電池を充電したところで、次のキャパシタＣ４については電池を充電するために用いず、電池から自己（Ｃ４）を充電（キャパシタ充電）させる。そのための電池としては、充電深度の高い方が適する。そこで、制御装置４は、改めて電池の選択・接続の処理を行う（ステップＳ２５）。この処理の内容は、図５のフローチャート（サブルーチン）に示されている。
【００５４】
図５において、制御装置４は、放電用として最も充電深度が高い電池（Ｂ１〜Ｂ８のいずれか１つ）を、次に選択すべき電池として特定する（ステップＳｘ１）。次に、制御装置４は、現時点で選択されている電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオフにして、当該電池を系統から解列する（ステップＳｘ２）。なお、この解列前に、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４及びＳＮ１〜ＳＮ４は全てオフとなっている。続いて制御装置４は、次に選択すべき電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオンにして、当該電池をプラス側電路Ｌｐ２に接続する（ステップＳｘ３）。
【００５５】
ここで、制御装置４は、スイッチＳＰ４及びＳＮ４をオンにして、選ばれた電池からキャパシタＣ４への充電回路（キャパシタ充電回路）を構成し、キャパシタＣ４を充電する（ステップＳ２６）。また、制御装置４は、キャパシタＣ４の所定の充電時間経過後は、スイッチＳＰ４及びＳＮ４をオフにする。
【００５６】
そして、制御装置４は、上記のステップＳ２１〜Ｓ２６による放電（キャパシタＣ１〜Ｃ３）及び充電（キャパシタＣ４）を所定回数繰り返し（ステップＳ２７）、所定回数に達したら、ステップＳ１０に戻る。
【００５７】
それ以降は、同様の処理が行われる。充電対象となる電池はその都度特定される（ステップＳ２１，Ｓｘ１）ので、現在選択されている電池を次期選択の対象外とする場合は、残りの電池の中で充電深度が最も低い電池が選択されることになる。このようにして、残量の少ない電池が逐次選ばれる。なお、「残りの電池の中で充電深度が最も低い」というのは選択基準の一例であり、必ずしも最も低いものでなくてもよい。要するに、充電深度が相対的に低い電池を優先的に選択することで、残量の少ない電池を、放電用に選択できる状態に回復させることができる。
【００５８】
また、キャパシタＣ４に関しては、これを充電する電池がその都度特定される（ステップＳ２５，Ｓｘ１）ので、現在選択されている電池を次期選択の対象外とする場合は、残りの電池の中で充電深度が最も高い電池が選択されることになる。このようにして、残量の多い電池が逐次選ばれる。なお、「残りの電池の中で充電深度が最も高い」というのは選択基準の一例であり、必ずしも最も高いものでなくてもよい。例えば充電深度が所定値以上であるものの中からランダムに選ぶ、というような選択も可能である。
【００５９】
以上のように構成された二次電池充放電装置１では、外部の交直変換装置１０１が直接的に電気エネルギーのやりとりを行うのは第１蓄電部２ａであり、二次電池ではないので、複数の二次電池をどのように使うかの自由度が広がり、固定的な回路構成で複数の二次電池を使用する必要は無くなる。これにより、性能（種類も含む。）の異なる複数の二次電池であっても、自在に活用することが可能となる。
【００６０】
二次電池が特に複数個直列のストリングの場合には、ストリングごとの内部抵抗や充電深度のばらつきが生じやすいが、そのような場合でも、選択して接続することにより、問題なく使用することができる。
また、電池の種類が異なれば電圧が異なることが多いが、そのような場合でも、選択して接続することにより、問題なく使用することができる。
【００６１】
また、第１蓄電部２ａを構成する３つのキャパシタＣ１〜Ｃ３を１個ずつ順番に充電し、又は、放電させることにより、第１蓄電部２ａ全体の両端電圧の１／３の電圧をもって放電又は充電に供することができる。なお、この「３つのキャパシタ」というのは一例に過ぎず、必要に応じた数の直列キャパシタを構成すればよい。
【００６２】
このように、直列接続した複数のキャパシタを用いることで、第１蓄電部２ａ全体としては高い電圧定格であっても、個々のキャパシタの両端電圧は、二次電池で出力できる電圧あるいは二次電池の充電に適した電圧にすることができる。従って、二次電池Ｂ１〜Ｂ８としては、セルを複数個接続したモジュール単位程度でも使用可能であり、多数のモジュールを直列接続しなくてよい。
【００６３】
一方、外部への放電専用の第２蓄電部２ｂが設けられていることにより、二次電池の電気エネルギーに基づいて、第１蓄電部２ａとは別に所定の電圧を提供することができる。また、第１蓄電部２ａを介して二次電池を充電するときでも、第２蓄電部２ｂはこれとは別に外部へ電圧を提供することができる。従って、例えば走行用モータの回生電力によって第１蓄電部２ａを介して二次電池を充電しながら、計装用等のＤＣ負荷には、二次電池を放電させて第２蓄電部２ｂを介して所定の電圧を供給することが可能である（但し、二次電池の充放電は、微小時間単位では同時に行われるのではなく時間的に前後して行われる。）。これにより、当該二次電池充放電装置１を搭載したハイブリッドカーや電気自動車等においては、ＤＣ１２Ｖのバッテリ（通常は鉛蓄電池）を省略することも可能となる。
【００６４】
また、第１蓄電部２ａと第２蓄電部２ｂとは互いに直列に接続されている。すなわち、全体として一本の直列体を成す複数のキャパシタＣ１〜Ｃ４によって第１蓄電部２ａ及び第２蓄電部２ｂが構成され、中間電路Ｌｍ１は双方に共用されている。そのため、蓄電部全体の構成が簡素で無駄がない。
【００６５】
なお、直列接続された複数のキャパシタを１個ずつ順番に充電し、又は、放電させる、というのは一例に過ぎず、キャパシタの直列数や電圧によっては、２以上の複数個ずつ充電／放電させることも可能である。要するに、複数のキャパシタを個々に若しくは小グループに小分けして順番に、選択した二次電池と接続することにより、複数のキャパシタが充電されるようにすればよい。また、二次電池を充電するときも同様である。
【００６６】
また、例えば複数のキャパシタＣ１〜Ｃ４を１ストリングとして、これが２ストリング並列に設けられている場合（すなわち合計８つのキャパシタがある場合）には、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４，ＳＮ１〜ＳＮ４を別途１セット設けて、８つのキャパシタを順番に充電し又は放電させるように構成すればよい。さらに多くのキャパシタが設けられる場合であっても同様である。
【００６７】
《二次電池充放電装置についての回路構成の他の例》
なお、上記実施形態では、第１蓄電部２ａとして複数のキャパシタが直列に接続されている構成を示した。これは、直列接続によって高い電圧に対応することができる点で好適である。但し、必ずしも「複数」でなくてもよい。
図６は、このような二次電池充放電装置１の詳細な回路構成の例を示す回路図である。図２との違いは、第１蓄電部２ａが１個のキャパシタＣ１である点、及び、これに伴って図２のスイッチＳＰ２，ＳＰ３，ＳＮ２，ＳＮ３が不要となった点である。この場合も、接続装置３は、キャパシタＣ１，Ｃ４について、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ８から選択した二次電池と接続して充電回路又は放電回路を構成する（但し、Ｃ４は充電のみ）、という基本構成・動作は同じである。
【００６８】
《その他》
なお、上記実施形態では、二次電池の選択は充電深度に基づいて行うものとし、これが好ましいが、ランダムに二次電池を選択して充電し又は放電させることも可能ではある。但し、この場合には、残量の少ない電池を過放電させないように、別途、確実に充電することが必要である。
【００６９】
また、上記実施形態では、充電又は放電に使用される電池は基本的に１つ（１ストリング）であるとしたが、内部抵抗が近似している場合には複数ストリングで使用することも可能であり、そのような使用を排除するものではない。
【００７０】
なお、図２及び図６では、スイッチＳＢ１〜ＳＢ８がそれぞれ電池Ｂ１〜Ｂ８の正極側に設けられる例を示したが、負極側に設けることも可能である。例えば、電池Ｂ１〜Ｂ８の正極を、スイッチ無しで直接、プラス側電路Ｌｐ２に接続し、マイナス側電路Ｌｎ２と各電池Ｂ１〜Ｂ８の負極との間に、スイッチＳＢ１〜ＳＢ８が設けられる回路にしてもよい。この場合も動作は同様である。
【００７１】
なお、図１に示す電力貯蔵システムは、ハイブリッドカーや電気自動車のような車両に搭載されるシステムを例示して説明したが、電車にも同様なシステムを搭載し、回生電力を電池に蓄えることができる。また、第２蓄電部により、第１蓄電部の主電圧とは別に所定の電圧を、走行用モータの駆動以外の負荷に供給することができる。
さらに、上記の二次電池充放電装置１は、商用交流電源との系統連系や、直流負荷との連系に適用することもできる。
【００７２】
図７は、変換装置の構成が図１とは異なる場合の、電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。この場合は、直流／直流変換装置１０２によって一旦電圧調整をした上で、交直変換装置１０１を介して交流負荷と接続する。変換効率を最適化するには、この構成が好ましい。また、図８は、直流負荷と接続する場合の、電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。この場合には、直流／直流変換装置１０２のみでよい。
【００７３】
上記のように、変換装置（１０１，１０２）は、二次電池充放電装置１の入出力と所望の系統とを仲介する役目をする。また、いずれの場合も、供給する電圧が２種類（それ以上でもよい。）ある。
なお、第１蓄電部２ａや第２蓄電部２ｂをそれぞれ、さらに複数系統（複数負荷対応）に分けることも可能である。例えば、第１蓄電部として２００Ｖの電圧の他、第２蓄電部を２つに分けて（若しくは第２蓄電部をもう一つ直列に設けて）２４Ｖ及び１２Ｖの合計３種類の電圧を出力可能とするキャパシタの直列体を構成することも可能である。
【００７４】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７５】
１：二次電池充放電装置
２ａ：第１蓄電部
２ｂ：第２蓄電部
３：接続装置
５：Ａ／Ｄコンバータ
１０１：交直変換装置
１０２：直流／直流変換装置
Ｂ１〜Ｂ８：二次電池
Ｃ１〜Ｃ４：キャパシタ
ＳＢ１〜ＳＢ８，ＳＰ１〜ＳＰ４，ＳＮ１〜ＳＮ４，ＳＭ１〜ＳＭ８：スイッチ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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