(57)【要約】【課題】電池系列間の容量低下のばらつきを回避し、電池の能力を有効活用しながら電力供給をする電池システムを提供すること。【解決手段】複数のニッケル水素蓄電池を組合わせてなる複数の組電池１が出力する電力を複数の放電器４中のコンバータを介して負荷５に供給するニッケル水素蓄電池システムにおいて、組電池１と放電器４中のコンバータとの間の電路が共通導線７によって互いに電気的に接続されていることを特徴とするニッケル水素蓄電池システムを構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を組合わせてなる複数の組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電池システムであって、前記組電池と前記コンバータとの間の電路が共通導線によって互いに電気的に接続されていることを特徴とする電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の電池システムにおいて、前記組電池と前記共通導線との間に放電電流とは逆向きの電流が流れることを阻止する整流手段が設けられていることを特徴とする電池システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の電池システムにおいて、前記組電池と前記共通導線との間に直列抵抗が設けられていることを特徴とする電池システム。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の電池システムにおいて、前記電池が二次電池であることを特徴とする電池システム。
【請求項５】
請求項４記載の電池システムにおいて、前記電池がニッケル水素蓄電池であることを特徴とする電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素蓄電池は、鉛蓄電池に比べてエネルギー密度が大きく、電池寿命の長さや環境負荷の少ないことが特長である。軽量、小型で持ち運びで有利であるため、車載バッテリーや災害対策用電源として近年急速に普及しつつある。
【０００３】
ニッケル水素蓄電池を電源として用いる場合には、例えば、単セルと呼ばれる１本（平均電圧１．２Ｖ、容量９５Ａｈ）を１０直列にしたものを１単位（１モジュールと称する）とし、４モジュールを直列接続したものを２つ並列接続して用いる。
【０００４】
下記特許文献１、２、３には、複数の組電池と、充電制御手段と、放電制御手段とを備えた電源装置が記載され、特許文献１には、組電池の製造日付に基づいて組電池使用可能期間を算出して組電池交換日付を表示することが記載され、特許文献２には、組電池の放電容量試験を実行する電池監視手段を設けることが記載され、特許文献３には、前記電池監視手段が組電池の残存容量を算出し、その結果に基づいて当該組電池の補充電時期を決定することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開2004-119112号公報
【特許文献２】特開2004-120856号公報
【特許文献３】特開2004-120857号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
次世代のさらなる通信設備の電力需要に対応するため、より大容量、例えば出力３０ｋＷｈのニッケル水素蓄電池システムが構成可能である。このようなシステムにおいては、例えば、定格１．２Ｖのセルを１０本直列し、これを１モジュールとしてさらに４モジュールを直列して、これを１系（下記組電池に相当）とし、６系を搭載する。さらに、間欠充電を行うための充電器、電池電圧を負荷の電圧許容範囲に収めるための放電器、および制御部を備える。図２に上記システムの構成図を示す。
【０００７】
図２において、複数の組電池１が、充電器３を介して整流器２の出力によって充電され、複数の放電器４を介して負荷５へ電力を供給するようになっている。
【０００８】
放電器４は、電池電圧が負荷の電圧許容範囲を上回るときはコンバータによる降圧を行い（降圧モード）、許容範囲内のときは電池出力をコンバータ非経由でバイパスし（バイパスモード）、許容範囲を下回るときはコンバータによる昇圧を行う（昇圧モード）。
【０００９】
さらに、上記の３０ｋＷｈシステムを実現させ、そのシステムを３台並列することで、１００ｋＷｈ級のシステムを実現させることができる。
【００１０】
しかし、この３０ｋＷｈニッケル水素蓄電池システムでは、３台の放電器４がそれぞれ昇圧、バイパスおよび降圧の判断を行っているため、各系の組電池１のわずかな容量ばらつきがわずかな電圧差となって現れ、放電器４の昇圧、降圧動作に入るタイミングが異なる。先にバイパスモードに入った放電器４の出力電圧は、未だ降圧モードにある他の放電器４の出力電圧より高くなるため、負荷５への電力供給の多くを先にバイパスモードに入った放電器４が担うことになる。従って、先にバイパスモードに入った放電器４の配下にある電池系列は他よりも著しく容量低下が早い。その放電器４の系列は先に切り離された後、残りの系列の負担が大きくなり出力容量を超えるため残りの系列も切り離され、結果として電池は余力を残したままシステムの放電は停止する。
【００１１】
上記の問題は、ニッケル水素蓄電池システムの場合に限らず、リチウムイオン電池などの二次電池を組合わせてなる組電池を複数個有し、前記組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する二次電池システム、さらには、一次電池を含めて、複数の電池を組合わせてなる複数の組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電池システムにおいても生じる問題である。
【００１２】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、電池系列間の容量低下のばらつきを回避し、電池の能力を有効活用しながら電力供給をする電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、
複数の電池を組合わせてなる複数の組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電池システムであって、前記組電池と前記コンバータとの間の電路が共通導線によって互いに電気的に接続されていることを特徴とする電池システムを構成する。
【００１４】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
請求項１記載の電池システムにおいて、前記組電池と前記共通導線との間に放電電流とは逆向きの電流が流れることを阻止する整流手段が設けられていることを特徴とする電池システムを構成する。
【００１５】
また、本発明においては、請求項３に記載のように、
請求項１または２記載の電池システムにおいて、前記組電池と前記共通導線との間に直列抵抗が設けられていることを特徴とする電池システムを構成する。
【００１６】
また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項１、２または３記載の電池システムにおいて、前記電池が二次電池であることを特徴とする電池システムを構成する。
【００１７】
また、本発明においては、請求項５に記載のように、
請求項４記載の電池システムにおいて、前記電池がニッケル水素蓄電池であることを特徴とする電池システムを構成する。
【発明の効果】
【００１８】
複数の電池を組合わせてなる組電池を複数個有し、前記組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電池システムにおいて、前記組電池と前記コンバータとの間を共通導線によって互いに電気的に接続することによって、該コンバータの動作モードの切り替えに時差が無いようにし、その結果として、電池系列間の容量低下のばらつきを回避し、電池の能力を有効活用しながら電力供給をする電池システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明においては、電池系列（下記組電池に相当）間の容量ばらつきを解消するため、全ての系列の電池出力を電気的に接続（マルチ接続）し、これを放電器へ入力する。電池出力には逆流阻止手段としてダイオードを設けて電池間で放電とは逆向きの電流が流れないようにしている。
【００２０】
複数の架を用いる場合には、架間にも共通導線を引き出し、分電盤で結合させて、システムの全ての電池系列出力を電気的に共有する。
【００２１】
上記の構成によって、放電時、電圧の高い電池系列からは多く、電圧の低い系からは少なく電流が出力され、直列抵抗およびダイオードの電圧降下により、マルチ接続線においては電圧が均一となる。
【００２２】
つまり、全ての放電器の入力電圧は同じであるので、降圧モードからバイパスモードへの移行およびバイパスモードから昇圧モードへの移行のタイミングも同じとなる。ただし、この場合に、複数の放電器の仕様は同一であることが前提となっている。
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態について、電池がニッケル水素蓄電池である場合を例として、説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態例を説明する図である。図において、複数のニッケル水素蓄電池を組合わせてなる組電池１（１系から６系までの６個）が、分電盤６、充電器３を介して整流器２の出力によって充電され、放電器４、分電盤６を介して負荷５へ電力を供給するようになっている。
【００２５】
各放電器４はコンバータ（図示せず）を有し、組電池１が出力する電力は、該コンバータを介して負荷５に供給されるか、あるいは、該コンバータを介さずに（コンバータをバイパスして）放電器４を経由して負荷５に供給される。電池電圧が負荷５の電圧許容範囲を上回るときは、該コンバータが降圧を行い、降圧された電力が負荷５に供給され（降圧モード）、電池電圧が負荷５の電圧許容範囲を下回るときは、該コンバータが昇圧を行い、昇圧された電力が負荷５に供給され（昇圧モード）、電池電圧が負荷５の電圧許容範囲内のときは、組電池１が出力する電力は該コンバータを介さずに放電器４を単に経由するのみで負荷５に供給される（バイパスモード）。
【００２６】
本発明に係る電池システムの特徴は、電源である組電池１と前記コンバータとの間の電路が共通導線７によって互いに電気的に接続されていることにある。この特徴によって、各放電器４に入力される電池電圧は同一となり、各放電器４における動作モード（降圧、昇圧、バイパスの３モード）の間の移行が一斉に起こり、上記の問題点、すなわち、動作モード間の移行のタイミングがずれ、その結果として、電池の余力を残したままシステムの放電は停止するという問題点が解消される。ただし、この場合に、複数の放電器４の仕様は同一であることが前提となっている。
【００２７】
図１に示したニッケル水素蓄電池システムには、組電池１と共通導線７との間に放電電流とは逆向きの電流が流れることを阻止する整流手段であるダイオード８と、直列抵抗９とが設けられている。
【００２８】
ダイオード８は、１つの組電池１から他の組電池１へ電流が流れる（逆流する）ことを防ぐ役割を果たす。ダイオード８を省くと、或る組電池１には、放電電流とは逆向きの電流が流れることになるが、その電流は、電池が鉛蓄電池である場合には、その組電池１の充電にも費やされるので、全く無駄に流れることにはならないので、この場合には、ダイオード８を省いてもよい。
【００２９】
直列抵抗９は、これに放電電流が流れることによる電圧降下によって、放電時、電圧の高い組電池１からは多く、電圧の低い組電池１からは少なく電流が出力され、共通導線７においては電圧が均一となる。直列抵抗９は、その両端の電位差から組電池１の放電電流を算出することができるので、電池状態の監視にも役立つが、電力損失の原因にもなるので、これを省き、電圧降下発生の役割をダイオード８の抵抗と組電池１の内部抵抗とに持たせてもよい。
【００３０】
図１に示したニッケル水素蓄電池システムには、切離しスイッチ１０が設けられている。この切離しスイッチ１０によって、組電池１を系毎に切離すことができる。
【００３１】
図１に示したニッケル水素蓄電池システムを１つの架に搭載し、そのような架を複数用意し、各架の共通導線７を引き出し、分電盤で結合させて、システムの全ての組電池１の出力を電気的に共有するようにしてもよい。これは、図１に示したニッケル水素蓄電池システムにおける組電池１の個数を複数倍にしたことに相当する。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について、電池がニッケル水素蓄電池である場合を例として、説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
【００３３】
以下に、本発明によって生じる効果について説明する。
【００３４】
（１）放電器出力点で並列構成するシステムでは、電池系列（組電池）間に容量ばらつきがあるとき降圧や昇圧に入るタイミングが放電器によって異なるため、容量が少ない電池系列を持つ放電器に電流が集中し、放電終了時は他の電池系列は余力を残すことになる。
【００３５】
本発明により、電池系列間に容量のばらつきがあっても放電時には容量の大きいものから大きな放電電流が流れるため、自然に容量低下のばらつきが解消される。ばらつきが解消されると各電池系列に均等に放電電流が分担され、電池の能力を有効に引き出すことが可能となる。
【００３６】
（２）放電器の配下に電池が配置される構成では放電器の故障時にその配下の正常な電池系列まで使えなくなる。
【００３７】
本発明により、放電器に依存せずに電池系列は能力を発揮できるようになり、システムの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態例を説明する図である。
【図２】複数の組電池と複数の放電器とを用いる電池システムの構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：組電池、２：整流器、３：充電器、４：放電器、５：負荷、６：分電盤、７：共通導線、８：ダイオード、９：直列抵抗、１０：切離しスイッチ。
【図１】
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【図２】
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