(57)【要約】  複数の２次電池ユニット（１００）は互いに直列に接続されている。第１バランス部（２１０）は、複数の２次電池ユニット（１００）の電圧を、２次電池ユニット（１００）を個別に放電させることにより揃える。第２バランス部（２２０）は、複数の２次電池ユニット（１００）の電圧を、複数の２次電池ユニット（１００）の間で電荷を移動させることにより揃える。制御部（２３０）は、充電時に第１バランス部（２１０）及び第２バランス部（２２０）の一方を選択して動作させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の２次電池ユニットと、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記２次電池ユニットを個別に放電させることにより揃える第１バランス手段と、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記複数の２次電池ユニットの間で電荷を移動させることにより揃える第２バランス手段と、
充電時に前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択して動作させる制御手段と、
を備える蓄電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電装置において、
前記制御手段は、前記複数の２次電池ユニットの充電率に基づいて、前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択する蓄電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の蓄電装置において、
前記制御手段は、時刻及び曜日の少なくとも一方に基づいて、前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択する蓄電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の蓄電装置において、
前記制御手段は、前記複数の２次電池ユニットに要求される充電速度の大小を示す充電速度情報を取得し、取得した前記充電速度情報に基づいて、前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択する蓄電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の蓄電装置において、
前記制御手段は、前記複数の２次電池ユニットの使用目的を示す使用目的情報を取得し、取得した使用目的情報に基づいて前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択する蓄電装置。
【請求項６】
請求項１に記載の蓄電装置において、
前記制御手段は、前記複数の２次電池ユニットの温度を示す温度情報を取得し、取得した前記温度情報に基づいて前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択する蓄電装置。
【請求項７】
直列に接続された複数の２次電池ユニットの電圧を、前記２次電池ユニットを個別に放電させることにより揃える第１バランス手段と、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記複数の２次電池ユニットの間で電荷を移動させることにより揃える第２バランス手段と、
前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択して動作させる制御手段と、
を備える電池制御装置。
【請求項８】
直列に接続された複数の２次電池ユニットと、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記２次電池ユニットを個別に放電させることにより揃える第１バランス手段と、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記複数の２次電池ユニットの間で電荷を移動させることにより揃える第２バランス手段と、
を準備し、
前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択して動作させる蓄電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の２次電池ユニットを直列に接続した電池の充電を制御する電池制御装置、蓄電装置、及び蓄電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は環境に対する負荷を小さくするため、様々なところでリチウムイオン電池などの２次電池が使用されている。２次電池を蓄電装置として用いる場合、必要な電圧を得るために、複数の２次電池を直列に接続することが多い。複数の２次電池を直列に接続して使用した場合、２次電池の個体差に起因して、複数の２次電池の間で劣化の進行に差が生じる。この場合、複数の２次電池で電圧にばらつきが生じてしまう。蓄電装置には、このばらつきを抑制するために、バランス回路が設けられている。バランス回路としては、例えば２次電池を個別に抵抗に接続して放電させることにより、複数の２次電池の電圧を揃えるものがある。【０００３】
また特許文献１，２には、コンデンサを用いて複数の２次電池で電圧を揃えることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７８００８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１１８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バランス回路には、２次電池を個別に放電させることにより２次電池の電圧をそろえるものと、複数の２次電池ユニットの間で電荷を移動させることにより揃えるものがある。前者は、電圧が揃うまでの時間が短い、という利点を有する。一方、後者は、電力を回生できる、という利点を有する。本発明者は、状況によってバランス回路を切り替えられるようにすると、蓄電装置の電力のロスを最小限に抑制しつつ、蓄電装置の使い勝手を維持できる、と考えた。【０００６】
本発明の目的は、蓄電装置の電力のロスを抑制しつつ、蓄電装置の使い勝手を維持できる電池制御装置、蓄電装置、及び蓄電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、直列に接続された複数の２次電池ユニットと、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記２次電池ユニットを個別に放電させることにより揃える第１バランス手段と、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記複数の２次電池ユニットの間で電荷を移動させることにより揃える第２バランス手段と、
充電時に前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択して動作させる制御手段と、
を備える蓄電装置が提供される。【０００８】
本発明によれば、直列に接続された複数の２次電池ユニットの電圧を、前記２次電池ユニットを個別に放電させることにより揃える第１バランス手段と、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記複数の２次電池ユニットの間で電荷を移動させることにより揃える第２バランス手段と、
前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択して動作させる制御手段と、
を備える電池制御装置が提供される。【０００９】
本発明によれば、直列に接続された複数の２次電池ユニットと、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記２次電池ユニットを個別に放電させることにより揃える第１バランス手段と、
前記複数の２次電池ユニットの電圧を、前記複数の２次電池ユニットの間で電荷を移動させることにより揃える第２バランス手段と、
を準備し、
前記第１バランス手段及び前記第２バランス手段の一方を選択して動作させる蓄電方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電装置の電力のロスを抑制しつつ、蓄電装置の使い勝手を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る電池制御装置の構成を、その使用環境と共に示す図である。
【図２】第１バランス部の一例を示す図である。
【図３】第２バランス部の第１例を示す図である。
【図４】第２バランス部の第２例を示す図である。
【図５】制御部が用いる設定情報の第１例を示す図である。
【図６】制御部が用いる設定情報の第２例を示す図である。
【図７】制御部が用いる設定情報の第３例を示す図である。
【図８】制御部が用いる設定情報の第４例を示す図である。
【図９】図８の変形例を示す図である。
【図１０】制御部が用いる設定情報の第５例を示す図である。
【図１１】制御部が用いる設定情報の第６例を示す図である。
【図１２】図１１の変形例を示す図である。
【図１３】制御部が用いる設定情報の第７例を示す図である。
【図１４】制御部が用いる設定情報の第８例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
図１は、実施形態に係る蓄電装置１０の構成を、その使用環境と共に示す図である。蓄電装置１０は、複数の２次電池ユニット１００、第１バランス部２１０、第２バランス部２２０、及び制御部２３０を備えている。複数の２次電池ユニット１００は互いに直列に接続されている。第１バランス部２１０は、複数の２次電池ユニット１００の電圧を、２次電池ユニット１００を個別に放電させることにより揃える。第２バランス部２２０は、複数の２次電池ユニット１００の電圧を、複数の２次電池ユニット１００の間で電荷を移動させることにより揃える。制御部２３０は、充電時に第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択して動作させる。
【００１５】
第１バランス部２１０を使用したとき、複数の２次電池ユニット１００の電圧が揃うまでの時間は、第２バランス部２２０を用いる場合と比べて短い。一方、第２バランス部２２０を使用すると、２次電池ユニット１００に蓄電されていた電力を他の２次電池ユニット１００に回生することができる。本実施形態では、制御部２３０が、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択して動作させる。このため、制御部２３０が第１バランス部２１０を適切なタイミングで選択することにより、蓄電装置１０の電力のロスを抑制しつつ、蓄電装置１０の使い勝手を維持することができる。以下、詳細に説明する。
【００１６】
本実施形態において、複数の２次電池ユニット１００の各々は、複数の電池セル１０２を並列に接続したものである。電池セル１０２は、例えばリチウムイオン電池である。
【００１７】
第１バランス部２１０、第２バランス部２２０、及び制御部２３０は、バランス制御部２０（電池制御装置）を構成している。バランス制御部２０は、複数の２次電池ユニット１００の正極及び負極のそれぞれに接続することができる。
【００１８】
またバランス制御部２０は、制御装置６０に接続している。制御装置６０は、系統電源３０と複数の２次電池ユニット１００とを接続しており、複数の２次電池ユニット１００の充放電を制御する。なお、系統電源３０は交流電源であるため、制御装置６０は、直流−交流双方向変換部を有している。
【００１９】
また制御部２３０は、外部から設定情報を受信する。設定情報は、制御部２３０が第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０のいずれかを選択するか、その選択基準を示す情報である。設定情報の詳細については、後述する。また制御部２３０は、複数の２次電池ユニット１００の電圧を個別に測定しており、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０も制御している。さらに制御部２３０は、複数の２次電池ユニット１００の充電率、すなわち（現在の充電量）／満充電量も測定している。
【００２０】
また、蓄電装置１０は、温度検出部２４０を有している。温度検出部２４０は、２次電池ユニット１００、または２次電池ユニット１００が収容されている容器の温度を検出する。温度検出部２４０の検出結果は、制御部２３０に出力される。
【００２１】
なお、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０が動作するタイミングは、例えば充電が終了するときであるが、充電を開始する前であっても良い。
【００２２】
図２は、第１バランス部２１０の一例を示す図である。本図に示す例において、第１バランス部２１０は、抵抗２１２を有している。そして第１バランス部２１０は、いずれの２次電池ユニット１００から抵抗２１２に電流を流すかを選択することにより、複数の２次電池ユニット１００の電圧を揃える。本図に示す例において、最上流の２次電池ユニット１００の正極端子、隣接する２つの２次電池ユニット１００の間、及び最下流の２次電池ユニット１００の負極端子それぞれには、互いに異なる抵抗２１２が接続されている。また、隣り合う抵抗２１２は、スイッチ２１４（例えばトランジスタ）で接続されている。そして、オンされるスイッチ２１４を選択することで、放電する２次電池ユニット１００を選択することができる。なお、スイッチ２１４の選択は、例えば制御部２３０によって行われる。
【００２３】
図３は、第２バランス部２２０の第１例を示す図である。本図に示す例において、第２バランス部２２０は、インダクタ２２１及びインダクタ２２２を互いに対向させ、これらでトランスを構成することにより、複数の２次電池ユニット１００の間の電圧を揃える。具体的には、インダクタ２２１は、いずれかの２次電池ユニット１００の正極及び負極に接続している。本図に示す例では、複数の２次電池ユニット１００それぞれに対して、互いに異なるインダクタ２２１が設けられている。また、インダクタ２２２は、最上流の２次電池ユニット１００の正極と、最下流の２次電池ユニット１００の負極に接続している。そして、インダクタ２２１と２次電池ユニット１００の間には、スイッチ２２３（例えばトランジスタ）が設けられている。そして、オンされるスイッチ２２３を選択することで、電圧が高い２次電池ユニット１００からインダクタ２２１に電流が流れる。そしてインダクタ２２１に流れた電力はインダクタ２２２に送電される。インダクタ２２２に送電された電力は、複数の２次電池ユニット１００に充電される。なお、スイッチ２２３の選択は、例えば制御部２３０によって行われる。
【００２４】
図４は、第２バランス部２２０の第２例を示す図である。本図に示す例において、第２バランス部２２０は、キャパシタ２２６を用いて、複数の２次電池ユニット１００の間の電圧を揃える。具体的には、キャパシタ２２６と２次電池ユニット１００は、スイッチ２２４，２２５を介して接続している。そして、オンされるスイッチ２２４，２２５を選択することにより、キャパシタ２２６に接続する２次電池ユニット１００、及びその向きを選択できる。本図に示す例では、まず、相対的に電圧が高い２次電池ユニット１００を第１の向きでキャパシタ２２６に接続することにより、その２次電池ユニット１００の電力の一部をキャパシタ２２６に移す。そして、相対的に電圧が低い２次電池ユニット１００を、第１の向きとは逆向きである第２の向きでキャパシタ２２６に接続することで、キャパシタ２２６の電力をその２次電池ユニット１００に移す。なお、スイッチ２２４，２２５の選択は、例えば制御部２３０によって行われる。
【００２５】
なお、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の構成は、上記した例に限定されない。
【００２６】
図５は、制御部２３０が用いる設定情報の第１例を示している。本図に示す例において、設定情報は、時刻別に、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０のいずれを用いるかを示している。そして本図に示す例では、制御部２３０は、現在の時刻を示す情報を取得した上で、現在の時刻に基づいて、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０のいずれかを選択する。
【００２７】
図６は、制御部２３０が用いる設定情報の第２例を示している。本図に示す例において、設定情報は、曜日別に、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０のいずれを用いるかを示している。そして本図に示す例では、制御部２３０は、現在の曜日を示す情報を取得した上で、現在の曜日によって、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０のいずれかを選択する。
【００２８】
図７は、制御部２３０が用いる設定情報の第３例を示している。本図に示す例において、設定情報は、曜日かつ時刻別に、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０のいずれを用いるかを示している。そして本図に示す例では、制御部２３０は、現在の曜日及び時刻を示す情報を取得した上で、現在の曜日及び時刻の組み合わせによって、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０のいずれかを選択する。
【００２９】
図８は、制御部２３０が用いる設定情報の第４例を示している。本図に示す例において、設定情報は、複数の２次電池ユニット１００の合計の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）に基づいて、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択することを示している。具体的には、制御部２３０は、充電率が第１基準値以上第２基準値以下である場合に第２バランス部２２０を選択し、充電率がそれ以外の場合に第１バランス部２１０を選択する。
【００３０】
なお、図９に示すように、制御部２３０は、充電率が第１基準値以上第２基準値以下である場合に第１バランス部２１０を選択し、充電率がそれ以外の場合に第２バランス部２２０を選択してもよい。この場合、充電率が高い場合及び低い場合に第２バランス部２２０を用いるため、バランス制御のための電流を低く抑えることができる。このため、高精度にバランスをとることができる。
【００３１】
図１０は、制御部２３０が用いる設定情報の第５例を示している。本図に示す例において、設定情報は、蓄電装置１０に求められる充電速度に基づいて、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択することを示している。そして制御部２３０は、要求する充電速度の大小を示す充電速度情報（例えばユーザが蓄電装置１０に入力する情報）を、外部から入力される。制御部２３０は、入力された充電速度情報に基づいて、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択する。例えば図１０に示す例では、急速に充電することを要求されている場合には、制御部２３０は第１バランス部２１０を選択する。
【００３２】
図１１は、制御部２３０が用いる設定情報の第６例を示している。本図に示す例において、設定情報は、蓄電装置１０に求められる充電速度及び複数の２次電池ユニット１００の合計の充電率の組み合わせに基づいて、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択することを示している。そして制御部２３０は、要求する充電速度を示す情報（例えばユーザが蓄電装置１０に入力する情報）を、外部から取得する。制御部２３０は、取得した情報及び充電率の組み合わせに基づいて、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択する。例えば図１１に示す例では、充電量が第１の値以上第２の値未満（例えば２０〜８０％）にあり、かつ急速に充電する必要がない場合、制御部２３０は第２バランス部２２０を選択し、それ以外の場合は第１バランス部２１０を選択する。
【００３３】
なお、図１２に示すように、制御部２３０は、充電率が第１の値以上第２の値未満（例えば２０〜８０％）にあり、かつ急速に充電する必要がある場合、制御部２３０は第１バランス部２１０を選択し、それ以外の場合は第２バランス部２２０を選択してもよい。
【００３４】
図１３は、制御部２３０が用いる設定情報の第７例を示している。本図に示す例において、設定情報は、蓄電装置１０の使用目的に基づいて、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択することを示している。そして制御部２３０は、蓄電装置１０の使用目的を示す使用目的情報を、外部から入力される。制御部２３０は、入力された使用目的情報に基づいて、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択する。本図に示す例において、「バックアップ」は、系統電力が供給されなくなったときのバックアップとして蓄電装置１０が使用されることを意味している。このような場合、充電速度の速さは要求されないため、制御部２３０は第２バランス部２２０を選択する。また、「ピークカット」は、電力使用量がピークを迎えるときに、系統電力を補助するために蓄電装置１０が使用されることを意味している。このような場合、充電速度の速さが要求されるため、制御部２３０は、第１バランス部２１０を選択する。
【００３５】
図１４は、制御部２３０が用いる設定情報の第８例を示している。本図に示す例において、設定情報は、２次電池ユニット１００の温度（すなわち温度検出部２４０の検出結果）に基づいて、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択することを示している。具体的には、制御部２３０は、２次電池ユニット１００の温度がある定められた温度以下であり、かつ急速に充放電を行う必要がある場合には第１バランス部２１０を選択し、それ以外の場合には、第２バランス部２２０を選択する。すなわち、制御部２３０は、２次電池ユニット１００の温度がある温度以上の場合は、発熱量が相対的に小さい第２バランス部２２０を選択する。これにより、２次電池ユニット１００の温度がさらに上昇することを抑制できる。
【００３６】
以上、本実施形態によれば、バランス制御部２０は、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０を有している。第１バランス部２１０は、充電速度が速い。一方、第２バランス部２２０は、電力のロスが少ない。そして、制御部２３０は、複数の２次電池ユニット１００の電圧を揃えるとき、第１バランス部２１０及び第２バランス部２２０の一方を選択して動作させる。このため、蓄電装置１０の電力のロスを抑制しつつ、蓄電装置１０の使い勝手を維持できる。
【００３７】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2014087451.tif 000015
【図１４】
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【国際調査報告】
2014087451.tif 000017
2014087451.tif 000018