(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を備える２以上のバッテリパックと、
前記バッテリパックからの放電を制御する主制御部と、
を備え、
各前記バッテリパックは、
前記主制御部からの切り替え制御に基づいて前記二次電池からの放電の停止及び開始を制御する制御部と、
前記制御部の制御によって動作を開始または停止することで前記二次電池からの放電を停止及び開始するための第１のＤＣ−ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの一側に接続される、他のバッテリパックからの電力の流入を防止するダイオードと、
を備え、
前記２以上のバッテリパックからは、前記主制御部によって選択された少なくとも一つのバッテリパックから放電が行われるよう制御され、
前記主制御部は、選択した一の前記バッテリパックのみから放電されるようにバッテリパックを切り替える際に、切り替え先のバッテリパックから放電させた後に切り替え元のバッテリパックからの放電を停止させる切り替え制御を行う、放電制御装置。
【請求項２】
前記主制御部は、２以上の前記バッテリパックから同時に放電されるよう制御する、請求項１に記載の放電制御装置。
【請求項３】
二次電池を備える２以上のバッテリパックと、
前記バッテリパックからの放電を制御する主制御部と、
を備え、
各前記バッテリパックは、
前記主制御部からの切り替え制御に基づいて前記二次電池からの放電の停止及び開始を制御する制御部と、
前記制御部の制御によって動作を開始または停止することで前記二次電池からの放電を停止及び開始するための第１のＤＣ−ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの一側に接続される、他のバッテリパックからの電力の流入を防止するダイオードと、
を備える放電制御装置において、
前記２以上のバッテリパックの中から前記主制御部によって選択された少なくとも一つのバッテリパックから放電が行われるよう制御される放電ステップと、
選択された一の前記バッテリパックのみから放電されるように放電するバッテリパックを切り替える際に、切り替え先のバッテリパックから放電させた後に切り替え元のバッテリパックからの放電を前記主制御部が停止させる切り替え制御ステップと、
を備える、放電制御方法。
【請求項４】
二次電池を備える２以上のバッテリパックからの放電を制御する主制御部を備え、
各前記バッテリパックは、
前記主制御部からの切り替え制御に基づいて前記二次電池からの放電の停止及び開始を制御する制御部と、
前記制御部の制御によって動作を開始または停止することで前記二次電池からの放電を停止及び開始するための第１のＤＣ−ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの一側に接続される、他のバッテリパックからの電力の流入を防止するダイオードと、
を備え、
前記主制御部は、前記２以上のバッテリパックからは、選択された少なくとも一つのバッテリパックから放電が行われるように制御し、選択した一の前記バッテリパックのみから放電されるように放電する対象となるバッテリパックを切り替える際に、切り替え先のバッテリパックから放電させた後に切り替え元のバッテリパックからの放電を停止させる切り替え制御を行う、放電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電制御装置及び放電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気を蓄えて、蓄えた電気を持ち運んで使用するためのバッテリサーバの開発が現在進められている。このバッテリサーバの基本的な構成については後述するが、例を挙げれば、バッテリサーバには、外部から供給される電力を用いてバッテリを充電する際にそのバッテリの充電を制御するための制御モジュールが含まれる電源ユニットや、バッテリに蓄えられた電力の出力を制御するための制御モジュールが含まれる。
【０００３】
そして、バッテリサーバの内部に設けられるバッテリモジュールは、バッテリ容量の増減を動的に行うために、さらに複数のサブバッテリモジュールに分割されている場合がある。これらのサブバッテリモジュールは、ダイオード等を介して並列に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６６８１１号公報
【特許文献２】特開２００８−１９９７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッテリサーバの内部に１つのバッテリモジュールのみが内蔵されている場合には、そのバッテリモジュールからの放電制御は特段の処理を要しない。一方で、バッテリ容量の増減を動的に行うためには、バッテリモジュールをバッテリサーバの内部に複数台設けられるようにし、しかもそのバッテリモジュールを着脱可能にする必要がある。
【０００６】
しかし、例えば、バッテリ容量の増減を動的に行うために、複数のバッテリモジュールからの放電を細かく制御することが出来ないという問題があった。仮に、複数台のバッテリモジュールをバッテリサーバに接続して利用しようとする場合には、ダイオード及び電子スイッチを介して接続することが考えられるが、単純にこのように接続してしまうと、電子スイッチを切り替える際に、バッテリモジュールからの電力の供給が一時的に途絶えてしまうという問題がある。
【０００７】
上記特許文献１には、複数のバッテリモジュールが内蔵される発明が記載されているが、この特許文献１に記載された発明ではバッテリモジュールからの放電を同時に行うことはできない。また上記特許文献２には充放電装置の発明が記載されているが、１つのバッテリモジュールからしか放電を行っていない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、複数のバッテリモジュールから放電する際に、電力の供給を途絶えさせること無く、電力を放電するバッテリモジュールを切り替えることが可能な、新規かつ改良された放電制御装置及び放電制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、二次電池を備える２以上のバッテリパックと、前記バッテリパックからの放電を制御する主制御部と、を備え、前記２以上のバッテリパックからは、前記主制御部によって選択された少なくとも一つのバッテリパックから放電が行われるよう制御され、前記主制御部は、選択した一の前記バッテリパックのみから放電されるように放電するバッテリパックを切り替える際に、切り替え先のバッテリパックから放電させた後に切り替え元のバッテリパックからの放電を停止させる切り替え制御を行う、放電制御装置が提供される。
【００１０】
各前記バッテリパックは、前記主制御部からの切り替え制御に基づいて前記二次電池からの放電の停止及び開始を制御する制御部を備えていてもよい。
【００１１】
各前記バッテリパックは、前記制御部の制御によって開閉することで前記二次電池からの放電を停止及び開始するための第１のスイッチ及び第２のスイッチを備え、前記第１のスイッチの一側には他のバッテリパックからの電力の流入を防止するダイオードを備えるようにしてもよい。
【００１２】
各前記バッテリパックは、前記制御部の制御によって動作を開始または停止することで前記二次電池からの放電を停止及び開始するための第１のＤＣ−ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ−ＤＣコンバータを備え、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの一側には他のバッテリパックからの電力の流入を防止するダイオードを備えるようにしてもよい。
【００１３】
前記主制御部は、２以上の前記バッテリパックから同時に放電されるよう制御してもよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、二次電池を備える２以上のバッテリパックと、前記バッテリパックからの放電を制御する主制御部と、を備える放電制御装置において、前記２以上のバッテリパックの中から前記主制御部によって選択された少なくとも一つのバッテリパックから放電が行われるよう制御される放電ステップと、選択された一の前記バッテリパックのみから放電されるように放電するバッテリパックを切り替える際に、切り替え先のバッテリパックから放電させた後に切り替え元のバッテリパックからの放電を前記主制御部が停止させる切り替え制御ステップと、を備える、放電制御方法が提供される。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、二次電池を備える２以上のバッテリパックからの放電を制御する主制御部を備え、前記主制御部は、前記２以上のバッテリパックからは、選択された少なくとも一つのバッテリパックから放電が行われるように制御し、選択した一の前記バッテリパックのみから放電されるように放電する対象となるバッテリパックを切り替える際に、切り替え先のバッテリパックから放電させた後に切り替え元のバッテリパックからの放電を停止させる切り替え制御を行う、放電制御装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明によれば、複数のバッテリモジュールから放電する際に、電力の供給を途絶えさせること無く、電力を放電するバッテリモジュールを切り替えることが可能な、新規かつ改良された放電制御装置及び放電制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の別の構成例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の動作について示す流れ図である。
【図５】バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに設けられているスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２２の切り替えについて時系列で示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の変形例にかかるバッテリサーバ２００の構成を示す説明図である。
【図７】従来の放電制御装置の一例であるバッテリサーバ１０００の構成例を示す説明図である。
【図８】従来の放電制御装置の一例であるバッテリサーバ１０００の構成例を示す説明図である。
【図９】従来のバッテリモジュール１０２０の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
＜１．従来の放電制御装置＞
＜２．本発明の一実施形態＞
［２−１．バッテリサーバの構成］
［２−２．バッテリサーバの動作］
＜３．まとめ＞
【００２０】
＜１．従来の放電制御装置＞
まず、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する前に、従来の放電制御装置の構成例、及び従来の放電制御装置が有する問題点について説明する。
【００２１】
図７〜図９は、従来の放電制御装置の一例であるバッテリサーバ１０００の構成例を示す説明図である。図７に示したように、従来のバッテリサーバ１０００は、ＡＣ／ＤＣ入力端子１００１と、電源ユニット１０１０と、バッテリモジュール１０２０と、制御部１０３０と、汎用ＤＣ出力端子１０４０と、を含んで構成される。
【００２２】
ＡＣ／ＤＣ入力端子１００１は、バッテリサーバ１０００の外部で生成された電力を入力するための端子である。この電力は、電力会社が発電所で発電したものであってもよく、太陽光発電、風力発電等の自然エネルギーを利用した発電手段や、人力発電などの不安定エネルギーから発電したものであってもよい。ＡＣ／ＤＣ入力端子１００１に入力された電力は電源ユニット１０１０に送られる。
【００２３】
電源ユニット１０１０は、ＡＣ／ＤＣ入力端子１００１に入力された電力に対して、バッテリモジュール１０２０へ充電するために、ＡＣ−ＤＣ変換・整流・昇圧等の処理を施すものである。電源ユニット１０１０は、図７に示したように、充電制御部１０１２を含んで構成される。充電制御部１０１２は、バッテリモジュール１０２０に対して充電の制御を実行するものである。充電制御部１０１２が実行する充電の制御は、例えばＣＣＣＶ充電処理であってもよい。
【００２４】
バッテリモジュール１０２０は、内部に充放電可能な二次電池を備えるモジュールであり、内部に所定量の電力を蓄えることができるものである。なお、図７では１台のバッテリサーバ１０００に対して１つのバッテリモジュールを接続しているが、図８に示したように、１台のバッテリサーバ１０００に対して複数個のバッテリモジュールを接続するようにしても良い。また、このバッテリモジュール１０２０は、図９に示したように、複数のサブバッテリモジュール１０２１ａ〜１０２１ｄに分割されていてもよい。これら複数のサブバッテリモジュール１０２１ａ〜１０２１ｄは、ダイオードＤ１〜Ｄ４を介してそれぞれ並列に接続される。
【００２５】
充電制御部１０１２は、バッテリモジュール１０２０の内部に複数のサブバッテリモジュール１０２１ａ〜１０２１ｄが備えられている場合には、複数のサブバッテリモジュール１０２１ａ〜１０２１ｄに同時に充電が行われる。もちろん、１つのサブバッテリモジュールに対してのみ充電を行い、１つのサブバッテリモジュールが満充電状態になったら、または所定量まで充電されたら、別のサブバッテリモジュールに対する充電するようにしても良い。
【００２６】
制御部１０３０は、バッテリモジュール１０２０に蓄えられている電力を、汎用ＤＣ出力端子１０４０から出力するために、ＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチＳＷ１のオン・オフを制御するものである。なお、バッテリモジュール１０２０に蓄えられている電力を、汎用ＤＣ出力端子１０４０から出力する際には、そのままの電圧で出力させてもよく、所定の電圧（例えば４８Ｖ）に変換して出力しても良い。
【００２７】
汎用ＤＣ出力端子１０４０は、バッテリモジュール１０２０に蓄えられている電力をバッテリサーバ１０００の外部に供給するためのものである。汎用ＤＣ出力端子１０４０にケーブルを接続し、制御部１０３０に対する所定の操作によってスイッチＳＷ１をオンすると、汎用ＤＣ出力端子１０４０から、バッテリモジュール１０２０に蓄えられている電力を出力することができる。
【００２８】
従来の放電制御装置の一例であるバッテリサーバ１０００はこのような構成を有しているが、上述したように、バッテリサーバの内部に１つのバッテリモジュールのみが内蔵されている場合には、そのバッテリモジュールからの放電制御は特段の処理を要しないが、その一方、バッテリ容量の増減を動的に可能にするために複数のバッテリモジュールを接続できるようにすると、これらを複数のバッテリモジュールからの放電を細かく制御することが出来ないという問題があった。
【００２９】
仮に、複数台のバッテリモジュールをバッテリサーバに接続して利用しようとする場合には、ダイオード及び電子スイッチを介して接続することが考えられるが、単純にこのように接続してしまうと、電子スイッチを切り替える際に、バッテリモジュールからの電力の供給が一時的に途絶えてしまうという問題がある。
【００３０】
そこで、以下で説明する本発明の一実施形態では、複数のバッテリモジュールから送電する際に、電力を途切れさせること無く、放電するバッテリモジュールを切り替えることを可能とするバッテリサーバ及び放電制御方法について説明する。
【００３１】
＜２．本発明の一実施形態＞
［２−１．バッテリサーバの構成］
図１は、本発明の放電制御装置の一例である、本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の構成を示す説明図である。以下、図１を用いて本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の構成について説明する。なお、図１は、説明の便宜上、バッテリパックからの放電制御に関する構成のみを抜き出して図示しており、バッテリサーバ１００の構成の詳細については後に詳述する。
【００３２】
図１に示したように、本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００は、ディスチャージ線１０７と、情報通信線１０８と、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂと、を含んで構成される。
【００３３】
ディスチャージ線１０７は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに蓄えられている電力を、バッテリサーバ１００の外部に放出するための線である。情報通信線１０８は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂが通信を実行するための線であり、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、情報通信線１０８を通して送られてくる情報に基づいて内部のスイッチの切り替え動作を実行する。これにより、複数のバッテリモジュールから送電する際に、電力を途切れさせること無く、放電するバッテリモジュールを切り替えることが可能になる。
【００３４】
バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、内部にバッテリモジュールを備えており、電力の蓄電及び放電を可能とするものである。このバッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、バッテリサーバ１００に脱着可能に構成されていてもよく、バッテリモジュールの充電が完了すると、バッテリサーバ１００から取り外して使用するように構成されていてもよい。図１ではバッテリパックの数は２つ図示しているが、もちろん、本発明においては、バッテリサーバ１００に内蔵されるバッテリパックの数は係る例に限定されないことは言うまでもない。
【００３５】
図１に示したバッテリサーバ１００においては、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、それぞれバッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂと、制御部１１３ａ、１１３ｂと、スイッチＳＷ１１、１２、２１、２２と、ダイオードＤ１と、を含んで構成される。
【００３６】
バッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂは、二次電池からなり、制御部１１３ａ、１１３ｂによってスイッチＳＷ１１、１２、２１、２２がオンになると、蓄えた電力を外部に放出することができる。なお、バッテリモジュールは、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して、所定の電圧に変換されて出力されるように構成されていても良い。つまり、スイッチとバッテリモジュールとの間にＤＣ−ＤＣコンバータを挟むような構成であってもよい。
【００３７】
制御部１１３ａ、１１３ｂは、バッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂに蓄えられている電力をバッテリパック１１０ａ、１１０ｂの外部に放出するために、スイッチＳＷ１１、１２、２１、２２のオン・オフを制御するものである。制御部１１３ａ、１１３ｂは、情報通信線１０８を介した通信を実行することができ、情報通信線１０８を介して行われる通信の結果に基づいて、スイッチＳＷ１１、１２、２１、２２のオン・オフを制御する。
【００３８】
例えば今、バッテリパック１１０ａから電力が供給されている場合を考える。この場合には、バッテリパック１１０ａのスイッチＳＷ１１がオフになり、スイッチＳＷ１２がオンになっている。もちろん、バッテリパック１１０ｂのスイッチＳＷ２１、２２は共にオフである。
【００３９】
ここで、電力の供給元を、バッテリパック１１０ａから、バッテリパック１１０ｂに接続を切り替えようとした場合を考える。この場合には、情報通信線１０８を介して上位側からバッテリパック１１０ａの制御部１１３ａに指示を出す。上位側からの指示を受け取った制御部１１３ａは、まずスイッチＳＷ１１をオンし、続けてスイッチＳＷ１２をオフする。
【００４０】
スイッチＳＷ１１をオンした瞬間、一時的に両方のスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２がオンされるが、スイッチＳＷ１１を介している側はスイッチＳＷ１２を介している側より出力電圧が低いため、バッテリモジュール１１２ａに逆バイアスがかかることはない。また、すぐにスイッチＳＷ１２はオフされるので、両方のスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２がオンとなっている時間も短い。
【００４１】
なお、外部に供給される電力の電圧は、ダイオードＤ１を通ったことで若干下がるものの、その低下分は後段のコンデンサＣ１で吸収される。
【００４２】
続けて、上位側からバッテリパック１１０ｂの制御部１１３ｂに指示を出す。指示を受け取った制御部１１３ｂは、スイッチＳＷ２１をオンする。続けて上位からバッテリパック１１０ａの制御部１１３ａにスイッチＳＷ１１をオフにする指示を出す。これにより、バッテリパック１１０ａからの電力供給は停止される。
【００４３】
すると、バッテリパック１１０ｂから、ダイオードＤ１を介して電力が出力される。その後、上位から指示を出し、バッテリパック１１０ｂのスイッチＳＷ２２し、最後にスイッチＳＷ２１をオフする。この時にも、バッテリパック１１０ｂの内部で両方のスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２がオンになっている時間があるが、バッテリモジュール１１２ｂに逆バイアスがかかることはない。
【００４４】
このようにスイッチを切り替えることで、切り替え時に一旦ダイオードＤ１による電圧降下があるものの、両方のバッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂがダイレクトに繋がることがない。従って、バッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂに対しては、逆バイアスがかかることによる、劣化、不具合等を防止することが出来る。
【００４５】
従って、それぞれのバッテリパック１１０ａ、１１０ｂが、図１に示すような構成を有することで、電力の供給元を切り替えても、電力の供給を途切れさせることが可能になる。
【００４６】
以上、図１を用いて本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の構成の概要について説明した。次に、本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の構成について、より詳細に説明する。
【００４７】
図２に示したように、本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００は、ＡＣ／ＤＣ入力端子１０１と、ＤＣ入力端子１０２と、電源ユニット１０３、１０４と、電力統合部１０５と、チャージ線１０６と、ディスチャージ線１０７と、情報通信線１０８と、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂと、主制御部１２０と、汎用ＤＣ出力端子１３０と、を含んで構成される。
【００４８】
ＡＣ／ＤＣ入力端子１０１は、バッテリサーバ１００の外部で生成された電力を入力するための端子である。この電力は、電力会社が発電所で発電したものであってもよく、太陽光発電、風力発電等の自然エネルギーを利用した発電手段や、人力発電などの不安定エネルギーから発電したものであってもよい。ＡＣ／ＤＣ入力端子１０１に入力された電力は電源ユニット１０３に送られる。なお、ここではＡＣとＤＣの共用端子であるＡＣ／ＤＣ入力端子１０１を備える構成としているが、ＡＣとＤＣで別々の端子を設けるようにしても良い。
【００４９】
ＤＣ入力端子１０２は、バッテリサーバ１００の外部で生成された電力を入力するための端子である。このＤＣ入力端子１０２に入力される電力は主に太陽光発電、風力発電等の自然エネルギーを利用した発電手段や、人力発電などの不安定エネルギーから発電された電力である。ＤＣ入力端子１０２に入力された電力は電源ユニット１０４に送られる。
【００５０】
なお、図２に示したバッテリサーバ１００では、電力の入力を受けるための端子を２つ有する構成としているが、本発明においては、電力の入力を受けるための端子の数はかかる例に限定されないことは言うまでもない。
【００５１】
電源ユニット１０３は、ＡＣ／ＤＣ入力端子１０１に入力された電力に対して、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂへ充電するために、ＡＣ−ＤＣ変換・整流・昇圧等の処理を施すものである。また、電源ユニット１０４は、ＤＣ入力端子１０２に入力された電力に対して、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂへ充電するために、整流・昇圧等の処理を施すものである。
【００５２】
電源ユニット１０３、１０４では、ＭＰＰＴ（Ｍｕｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｅｒ）等を介して、最大の電力が取り出された後に、所定の電圧に調整される。
【００５３】
電源ユニット１０３、１０４で各種処理が施された電力は電力統合部１０５に出力される。なお、図２に示したバッテリサーバ１００では２つの電源ユニット１０３、１０４を有する構成としているが、本発明においてはかかる例に限定されず、電力の入力を受けるための端子に応じて電源ユニットが設けられる。
【００５４】
電力統合部１０５は、電源ユニット１０３、１０４から出力される電力を統合して、統合した電力を出力するものである。電力統合部１０５の詳細な構成については後述するが、例えばコンデンサやダイオードを介して、電源ユニット１０３、１０４から出力される電力を合成する。電力統合部１０５で合成された電力は、主制御部１２０の制御によってバッテリパック１１０ａ、１１０ｂに供給される。なお、バッテリサーバ１００の内部に電源ユニットが１つしかない場合は、電源統合部１０５は無くても良い。
【００５５】
チャージ線１０６は、電力統合部１０５で統合されて出力される電力を、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに供給するための電力線である。ディスチャージ線１０７は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに蓄えられている電力を、汎用ＤＣ出力端子１３０から出力するための電力線である。情報通信線１０８は、主制御部１２０と、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに含まれる制御部１１３ａ、１１３ｂとの間で情報の通信を実行するための通信線である。
【００５６】
バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、内部にバッテリモジュールを備えており、電力の蓄電及び放電を可能とするものである。このバッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、バッテリサーバ１００に脱着可能に構成されていてもよく、バッテリモジュールの充電が完了すると、バッテリサーバ１００から取り外して使用するように構成されていてもよい。図２ではバッテリパックの数は２つ図示しているが、もちろん、本発明においては、バッテリサーバ１００に内蔵されるバッテリパックの数は係る例に限定されないことは言うまでもない。
【００５７】
図２に示したように、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、それぞれ充電制御部１１１ａ、１１１ｂと、バッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂと、制御部１１３ａ、１１３ｂと、スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、ダイオードＤ１と、を含んで構成される。
【００５８】
充電制御部１１１ａ、１１１ｂは、電力統合部１０５からチャージ線１０６を通じて供給される電力を受け取り、バッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂへ電力を供給することで、バッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂの充電を制御するものである。
【００５９】
バッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂは、二次電池からなり、充電制御部１１１ａ、１１１ｂから供給される電力を蓄えることができ、また制御部１１３ａ、１１３ｂによってスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンになると、蓄えた電力を外部に放出することができる。ここで、バッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂは、必要に応じて複数のサブバッテリモジュールに分割されていても良い。また、使用されるバッテリとしては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池等、一般の二次電池（バッテリセル）のいずれでも良い。また、バッテリモジュール、サブバッテリモジュールの構成は、各バッテリセルを複数直列・並列に繋げた、いずれの構成でもかまわない。
【００６０】
制御部１１３ａ、１１３ｂは、バッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂに蓄えられている電力をバッテリパック１１０ａ、１１０ｂの外部に放出するために、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン・オフを制御するものである。制御部１１３ａ、１１３ｂは、主制御部１２０との間で通信を実行することができ、主制御部１２０との間で行われる通信の結果に基づいて、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン・オフを制御する。
【００６１】
主制御部１２０は、バッテリサーバ１００の動作を制御するものである。具体的には、主制御部１２０は、電力統合部１０５に入力される電力を常時モニタしている。電力統合部１０５に入力される電力をモニタするには、主制御部１２０は、コンデンサの電圧、ダイオードを流れる電流量を計測する。これにより、主制御部１２０は、電力統合部１０５に入力される電力量を算出している。もちろん、主制御部１２０は、計測されるパラメーをＡ／Ｄ変換し、デジタル値として得られたパラメータを用いて電力量を計算するようにしてもよい。
【００６２】
そして、主制御部１２０は、入力された全電力を各バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに供給する。具体的は、例えば、電力統合部１０５に入力される電力をモニタした結果、３００Ｗの電力が得られているとするなら、バッテリパック１１０ａには２００Ｗ、バッテリパック１１０ｂに９５Ｗを供給すると決定し、主制御部１２０は、情報通信線１０８を介して各バッテリパック１１０ａ、１１０ｂへ指示する。この指示を受信した各バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、自分へ割り当てられた分の電力を吸収し、内部のバッテリモジュール１１２ａ、１１２ｂに充電する。
【００６３】
この時、供給できる総電力より、若干少なめ（例えば、電力統合部１０５に入力された全電力の９０％〜９５％程度）に指示を与えることが重要である。これは、電力量を大きくすると、負荷が重くなって、却って電力不足を生じるからである。ところで、電源ユニット１０３、１０４の出力電圧は、完全に一致していないと不都合が生じる。つまり、高い電圧の電源ユニットからしか電力が受け取れないと考えられるからである。しかし、現実には、電源ユニット１０３、１０４の出力電圧を完全に同一にすることは難しい。ところが、例えば電源ユニット１０３の出力電圧が電源ユニット１０４の出力電圧より若干高くても、合わせて２９５Ｗの電力を吸い取ろうとする関係で、両方の電源ユニットの出力を一致させることができる。つまり、最初は高い方の電圧側から電力が消費されるが、高い方の電源ユニットの出力以上の電力を取り出そうとすると、次第に高い方の電圧が低下し、結局、２つの電源ユニット１０３、１０４の出力電圧は同じになり、最終的には２つの電源ユニットからの合成電力が出力されると考えられるからである。つまり、ある程度同一の出力になるように電源ユニット１０３、１０４を設計すれば、電力統合部１０５で２つの電力を合成することが出来ると考えられる。
【００６４】
汎用ＤＣ出力端子１３０は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに蓄えられている電力を、バッテリサーバ１００の外部に出力するための端子である。本実施形態にかかるバッテリサーバ１００では、電力をバッテリサーバ１００の外部に出力するための端子としてＤＣ出力を可能にする端子を備えているが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。
【００６５】
次に、本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の他の構成例及び動作例について説明する。図３は、本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の他の構成例を示す説明図である。図３に示したバッテリサーバ１００は、図２に示したバッテリサーバ１００と比較すると、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂの制御部１１３に、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂへ流れる電流量や電圧量をモニタするＡ／Ｄ変換器１１４ａ、１１４ｂ及びバッテリパック１１０ａ、１１０ｂへ供給される電力量を主制御部１２０にフィードバックするフィードバック回路１１５ａ、１１５ｂが設けられている点で相違する。
【００６６】
図３に示したバッテリサーバ１００は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂの充電に際して、主制御部１２０からバッテリパック１１０ａ、１１０ｂに対して充電比率を指定する。ここで、図３のように２つのバッテリパック１１０ａ、１１０ｂがバッテリサーバ１００に繋がっている状態において、バッテリサーバ１００の外部で発電がなされ、電力がバッテリパック１００に供給されたとする。バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、主制御部１２０から指定された充電比率に応じて充電を開始する。例えば、主制御部１２０がバッテリパック１１０ａ、１１０ｂの充電比率を２：１に指定し、３００Ｗの発電がされてバッテリサーバ１００へ供給されると、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、その発電された電力から少しずつ電力を取り出して充電を開始する。バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、同期を取って、電力統合部１０５から電力を取り出すタイミングを切り替える。
【００６７】
また主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに対して、充電時の電力の増加量を指定する。例えば、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａに対しては２０Ｗずつ、バッテリパック１１０ｂに対しては１０Ｗずつ増加させるというように決定することができる。
【００６８】
そして、３００Ｗの発電がされている状態において、バッテリパック１１０ａの電力が２００Ｗ、バッテリパック１１０ｂの電力が１００Ｗに達すると（この状態を「定常状態」とも称する）、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂの充電を自立調整モードに移行させる。例えば、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂが発電量を上回って充電しようとすると、電力統合部１０５からの供給電圧が低下する。供給電圧の低下は制御部１１３ａ、１１３ｂがＡ／Ｄ変換器１１４ａ、１１４ｂによって検出し、フィードバック回路１１５ａ、１１５ｂによってフィードバックをかけて調整する。
【００６９】
すなわち、起動から定常状態までは同期を取りながら電力量を上げて行き、電力統合部１０５からの供給電圧の想定量を上回ったところで、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂを自立的に動作させる。電力統合部１０５の想定電圧は予め決められており、その想定電圧の出力が常になされているものとする。そして発電電力以上の負荷がかかると、電力統合部１０５の出力電圧が低下していくので、それを制御部１１３ａ、１１３ｂで検出し、電力統合部１０５の出力電圧に合わせるように、各バッテリパックが電流量を調整する。
【００７０】
別の例を挙げる。例えば、バッテリサーバ１００がバッテリパック１１０ａのみを充電していた場合に、バッテリパック１１０ｂをバッテリサーバ１００に追加し、バッテリパック１１０ｂの充電も行う場合を考える。発電量は３００Ｗであり、バッテリパック１１０ａは既に２００Ｗの電力を受け取っているとする。すると、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂの充電比率が２：１であるなら、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ｂが１００Ｗになるまで充電させる。例えば、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａが現在消費している電力を通信で確認するか、センサを用いて検出し、充電比率に応じてバッテリパック１１０ｂの吸収電力値をバッテリパック１１０ｂへ指示する。
【００７１】
そして、バッテリパック１１０ｂに１００Ｗまで負荷をかけても問題ない場合は、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂが自立的に電力調整を行う自立調整モードに移行させる。一方、１００Ｗの負荷をかける前に電力統合部１０５の電位が下がってきた場合は、主制御部１２０はバッテリパック１１０ａの負荷を下げさせる。例えば、バッテリパック１１０ｂに９０Ｗをかけた時点で電力統合部１０５の電位が下がってきた場合は、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａの負荷を１８０Ｗに変更させる。その後は、予め決定した充電比率でバッテリパック１１０ａ、１１０ｂが自立的に電力を調整させるようにする。
【００７２】
バッテリパックの充電比率は、一旦決定した後に変更できるようにしてもよい。例えばバッテリパック１１０ａ、１１０ｂの充電比率が２：１と決められ、その比率でバッテリパック１１０ａ、１１０ｂの電力が定常状態にある場合に、充電比率が１：１に変更することができる。このときは、一旦、高い方のバッテリパックの吸収電力を低い方に合わせる。つまり、両方のバッテリパックの吸収電力を１００Ｗにします。そして、その後は両方のバッテリパックの電力を、同期を取って上げていくことで、１５０Ｗずつ供給することができる。
【００７３】
次に、バッテリサーバ１００に供給される電力の変動が生じた場合を考える。例えば、太陽光発電によって得られる電力の供給を受けている際に、太陽光の変動が生じたような場合である。より晴れ、より多くの電力が生成できた場合、各バッテリパックは、自動的に吸収電力を上げていく。そして、電力統合部１０５の出力電圧をそれぞれのバッテリパックの制御部１１３ａ、１１３ｂがモニタし、電力を調整する。同様に、曇って太陽光発電による発生電力が減ってしまう場合も、同様にバッテリパックの制御部１１３ａ、１１３ｂがモニタし、電力を調整する。
【００７４】
また、主制御部１２０は、上述した充電比率の指定に替えて、充電するバッテリパックの優先順位を決定するようにしても良い。例えば主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂの順に充電するように優先順位を決定しても良い。このような場合に、第１位の優先順位を有するバッテリパック１１０ａを最大速度で充電しても、更に電力が余っているときは、主制御部１２０は、次の優先順位を有するバッテリパック１１０ｂに電力を供給することを許可する。
【００７５】
主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂの順に充電するように優先順位を決定した場合に、第１位の優先順位を有するバッテリパック１１０ａと通信し、最大速度で充電開始したかモニタする。最大速度でバッテリパック１１０ａが充電開始し、さらに電圧が余っている状態になった時点で、主制御部１２０は優先順位が次の順位であるバッテリパック１１０ｂに充電開始許可を行う。もし、電圧が低下し始めたら、主制御部１２０はバッテリパック１１０ｂの吸収電力を低下させる。それでも足りなくなった場合には、主制御部１２０はバッテリパックの吸収電力を次々に０にして、優先度の高いバッテリパックから先に充電させることが出来る。
【００７６】
以上、図２及び図３を用いて本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の構成について説明した。次に、本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の動作について説明する。
【００７７】
［２−２．バッテリサーバの動作］
図４は、本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の動作について示す流れ図であり、バッテリサーバ１００の電力の供給元を、バッテリパック１１０ａからバッテリパック１１０ｂへ切り替える際の動作を示す流れ図である。以下、図４を用いて本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の動作について説明する。
【００７８】
何らかのタイミングで（例えば、蓄電量が低下した等の理由で）主制御部１２０が、電力供給元をバッテリパック１１０ａからバッテリパック１１０ｂへ切り替えることを決定する（ステップＳ１０１）。
【００７９】
上記ステップＳ１０１で、主制御部１２０が、電力供給元をバッテリパック１１０ａからバッテリパック１１０ｂへ切り替えることを決定すると、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに対して、情報通信線１０８を通じてスイッチの切り替えを順次指示する（ステップＳ１０２）。
【００８０】
上記ステップＳ１０２で、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに対して、情報通信線１０８を通じてスイッチの切り替えを順次指示すると、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂは、主制御部１２０からの指示に基づいて、スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２２の切り替えを順次実行する（ステップＳ１０３）。
【００８１】
図５は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂに設けられているスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２２の切り替えについて時系列で示す説明図である。図中の「○」はそのスイッチがオンになっていることを、「×」はそのスイッチがオフになっていることを示す。
【００８２】
まず、バッテリパック１１０ａのスイッチＳＷ１２のみがオンとなっている。これは、バッテリパック１１０ａのみから電力が供給されている状態を示している。
【００８３】
この状態で、主制御部１２０が、電力供給元をバッテリパック１１０ａからバッテリパック１１０ｂへ切り替えることを決定する。すると、主制御部１２０は、まずバッテリパック１１０ａのスイッチＳＷ１１をオンにするようバッテリパック１１０ａに対して指示する。指示を受けたバッテリパック１１０ａは、オフになっているスイッチＳＷ１１をオンにする。
【００８４】
続いて、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａのスイッチＳＷ１２をオフにするようバッテリパック１１０ａに対して指示する。指示を受けたバッテリパック１１０ａは、オンになっているスイッチＳＷ１２をオフにする。
【００８５】
続いて、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ｂのスイッチＳＷ２１をオンにするようバッテリパック１１０ｂに対して指示する。指示を受けたバッテリパック１１０ｂは、オフになっているスイッチＳＷ２１をオンにする。
【００８６】
続いて、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａのスイッチＳＷ１１をオフにするようバッテリパック１１０ａに対して指示する。指示を受けたバッテリパック１１０ａは、オンになっているスイッチＳＷ１１をオフにする。ここで、バッテリパック１１０ａからの電力供給は途絶えることになる。しかし、バッテリパック１１０ｂのスイッチＳＷ２１がオンになっているので、バッテリパック１１０ｂからは電力が供給されている。従って、電力供給元をバッテリパック１１０ａからバッテリパック１１０ｂへ切り替えても、切り替えの際に電力の供給が途絶えることはない。
【００８７】
なお、必要に応じて２つ以上のバッテリパックからの給電が必要な場合には、このような互いにダイオードを介して出力を出す状態を用いる。互いにダイオードを介して出力を出すことで、他のバッテリパックからの逆バイアスが悪影響を及ぼしてバッテリパック内のバッテリモジュールを劣化させることを避けることが出来る。
【００８８】
続いて、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ｂのスイッチＳＷ２２をオンにするようバッテリパック１１０ｂに対して指示する。指示を受けたバッテリパック１１０ｂは、オフになっているスイッチＳＷ２２をオンにする。
【００８９】
最後に、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ｂのスイッチＳＷ２１をオフにするようバッテリパック１１０ａに対して指示する。指示を受けたバッテリパック１１０ｂは、オンになっているスイッチＳＷ２１をオフにする。
【００９０】
このように、スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２２のスイッチング動作を制御することで、主制御部１２０は、バッテリパック１１０ａ、１１０ｂからの電力の供給を途切れさせることなく、電力の供給元をバッテリパック１１０ａからバッテリパック１１０ｂへ切り替えることができる。
【００９１】
以上、図４及び図５を用いて本発明の一実施形態にかかるバッテリサーバ１００の動作について説明した。次に、本発明の一実施形態の変形例にかかるバッテリサーバの構成について説明する。
【００９２】
［２−３．バッテリサーバの変形例］
図６は、本発明の一実施形態の変形例にかかるバッテリサーバ２００の構成を示す説明図である。以下、図６を用いて本発明の一実施形態の変形例にかかるバッテリサーバ２００の構成について説明する。
【００９３】
図６に示したように、本発明の一実施形態の変形例にかかるバッテリサーバ２００は、ディスチャージ線２０７と、情報通信線２０８と、バッテリパック２１０ａ、２１０ｂと、を含んで構成される。
【００９４】
そして、図６に示したバッテリサーバ２００においては、バッテリパック２１０ａ、２１０ｂは、それぞれバッテリモジュール２１２ａ、２１２ｂと、制御部２１３ａ、２１３ｂと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂと、ダイオードＤ１と、を含んで構成される。
【００９５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂは、スイッチ機能を有するＤＣ−ＤＣコンバータである。ＤＣ−ＤＣコンバータ２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂは、制御部２１３ａ、２１３ｂからの指示で出力がオン・オフ出来る特徴を持つ。
【００９６】
まず、バッテリパック２１０ａのみから電力が供給されている状態を考える。この状態においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２２ａのみがオンになっている。次に、制御部２１３ａの制御により、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２１ａをオンにし、次に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２２ａをオフする。この時、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２１ａの出力電圧をダイオードＤ１の出力低下分だけ上昇させておいても良い。もちろん、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２２ａをオフした後で出力電圧を上昇させるか、初めから出力電圧を上昇させるかは、どちらでも良い。
【００９７】
続けて、制御部２１３ｂの制御により、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２１ｂをオンし、制御部２１３ａの制御により、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２１ａをオフにする。さらに制御部２１３ｂの制御により、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２２ｂをオンにして、最後にＤＣ−ＤＣコンバータ２２１ｂをオフにする。
【００９８】
以上で、最終的に電力供給元がバッテリパック２１０ａから２１０ｂに切り替わる。
【００９９】
この変形例の利点は、ダイオードＤ１による電圧低下と、電子スイッチによる発熱（ＭＯＳ−ＦＥＴに流れる電流で発熱する）がない点である。一方で、回路が大きくなるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２１ａ、２２１ｂ側を取り除き、その代わりに、切り替え時は同時に２つのＤＣ−ＤＣコンバータ２２２ａ、２２２ｂをオンし、その後、切断する側のＤＣ−ＤＣコンバータをオフするようにしてもよい。これにより、ダイオードＤ１による電圧低下も生じず、回路規模も小さくすることができる。また、両方のＤＣ−ＤＣコンバータ２２２ａ、２２２ｂが同時にオンされても、バッテリモジュール２１２ａ、２１２ｂに逆バイアスがかかることがないため、電池を劣化させることがない。しかも、出力には連続性があるため、電圧変動がない。
【０１００】
以上、図６を用いて本発明の一実施形態の変形例にかかるバッテリサーバ２００の構成について説明した。
【０１０１】
＜３．まとめ＞
以上説明したように本発明の一実施形態によれば、バッテリサーバ１００の内部に複数のバッテリパックが設けられ、その複数のバッテリパックの中の１つのバッテリパックから電力が供給されるような場合に、電力供給元となるバッテリパックを切り替えても、電力の供給が途絶えることなく、電力を連続して供給し続けることができる。
【０１０２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１０３】
１００、２００    バッテリサーバ
１０１    ＡＣ／ＤＣ入力端子
１０２    ＤＣ入力端子
１０３、１０４    電源ユニット
１０５    電力統合部
１０６、２０６    チャージ線
１０７、２０７    ディスチャージ線
１０８、２０８    情報通信線
１１０ａ、１１０ｂ、２１０ａ、２１０ｂ    バッテリパック
１１１ａ、１１１ｂ    充電制御部
１１２ａ、１１２ｂ、２１２ａ、２１２ｂ    バッテリモジュール
１１３ａ、１１３ｂ、２１３ａ、２１３ｂ    制御部
１２０    主制御部
１３０    汎用ＤＣ出力端子
２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂ    ＤＣ−ＤＣコンバータ
【図１】
0005786330.tif 000002
【図２】
0005786330.tif 000003
【図３】
0005786330.tif 000004
【図４】
0005786330.tif 000005
【図５】
0005786330.tif 000006
【図６】
0005786330.tif 000007
【図７】
0005786330.tif 000008
【図８】
0005786330.tif 000009
【図９】
0005786330.tif 000010