(57)【要約】      （修正有）【課題】工場の独立した配電技術、家庭での電力自給や車両の電源供給に関連し、電力用半導体素子や蓄電池を開発製造するメーカに適用する。蓄電池を利用して、電力の供給を安定化・自立化をめざす。またエコイズムを刺激する。【解決手段】３つ以上の蓄電池を、放電、放電の待機、充電の３つ状態として遷移させて、個々の蓄電池を充放電させるための回路と、回路中の電力の開閉スイッチを電力用半導体素子として構成しながら、蓄電池の容量を監視して、シーケンス制御にて開閉スイッチを連続的に稼動させて、蓄電池をラウンドロビン式（レボルバー式）に活用する。個々の蓄電池の特性を考慮して充放電を画一にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つ以上の蓄電池を有して、個々の蓄電池の残容量に応じて、順次に放電、放電の待機、充電のサイクルを繰り返し、個々の蓄電池がラウンドロビン式に充放電を繰り返して、個々の蓄電池と接続される負荷に電源電圧を定常にして電力供給することを特徴とする蓄電池の充放電安定化自動ラウンドロビン式システム。
【請求項２】
３つ以上の蓄電池を有して、蓄電池に電源を接続して充電を行う回路を構成する系列と、蓄電池が電源と負荷に接続されない閉回路を構成している系列と、蓄電池に負荷を接続して蓄電池が放電を行う回路を構成する系列の３つの系列を１つの回路に集約して、個々の蓄電池の残容量を検知しながら、各系列を負荷および電源に結びつけるための電力の開閉スイッチを制御することを特徴とする蓄電池の充放電安定化自動ラウンドロビン式システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池の充放電のシステムに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
従来、蓄電池は直列や並列に接続して充放電を行っていたが、多数の蓄電池を取り扱いながら負荷に対して一定の電力を供給することが難しかった。蓄電池を電源や負荷に接続する場合、蓄電池の特性を考慮する必要があり、異なる特性をもった蓄電池を同時に使用するようなことはない。１つの蓄電池に充電と放電の両方をするまでもなく、充電と放電は単一的であった。また、蓄電池には容量の制約があり、多数の蓄電池を定常的に電源として電力供給源とするまでには困難を生じている。
【発明の効果】
【０００３】
蓄電池を放電と放電の待機および充電の３つの遷移を設定して、蓄電池を用意しておき、それら蓄電池をラウンドロビン式（レボルバー式）に充放電を繰り返すことで一定した直流電源を生成することができる。充放電を繰り返す場合に、電力の開閉スイッチを設けて、３つの遷移状態に回路を順次に形成していき、蓄電池の容量や遷移状態によって開閉スイッチをシーケンス制御したり、情報処理装置のインタフェースを用いて、電力の開閉スイッチの制御を行う。蓄電池を充電するための電源は太陽光発電パネルや風力発電のような否定常的な電源であっても、かつ蓄電池と接続される負荷の否定常的な電力消費であっても、本発明のシステム構成であれば、一定の電力を供給するための電源となり、緩衝的なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明のブロック図および回路構成の模式図である。１００は太陽光発電パネルや風力発電の電源であり、電力会社が供給する商用電力でもある。２００は電源に蓄電池からの電圧電流を逆流させないための整流ダイオードである。２０２はシステムの安全性を担保する電力用フューズであり、過電流がなされた場合に遮断する役割を担う。２０１は機械的な開閉スイッチでリレースイッチをイメージしているが、２０１を電力用半導体素子に置き換えることで、負荷に電力を定常的に供給できる機能を有することができる。このとことは図２に同等な説明を付与し図示した。３３３は本発明の回路における各系列の集合出力端である、インバータと接続する部分である。１０１は日本国内の商用周波数５０・６０ヘルツの交流１００Ｖを生成するインバータである。１０２は家電製品等で電力を消費する負荷である。７７７は個々の蓄電池をあらわしている。１０３はパラレルシリアル変換回路であり、４４４の蓄電池の容量を検出したデジタルあるいはアナログ信号を伝達する電路である、通常アナログデジタル変換回路を介するが省略している。さらに１０３はパーソナルコンピュータ９９９に接続されて、その詳細は図４に図示している。個々の蓄電池の容量を検出して電気的にインターフェースを介してパーソナルコンピュータ９９９と接続し、パーソナルコンピュータ９９９で蓄電池の監視を行い、その結果をシーケンス制御装置に移譲しながら、シーケンス制御装置は個々の蓄電池の各系列にある電力の開閉スイッチのベース（ゲート）にデジタルアナログ変換回路を介して電圧を印加せしめ、電力の開閉スイッチを導通・遮断を行うことで電力の開閉スイッチを動的に稼動させる。
【図２】図１の２０１電力の開閉スイッチを電力用半導体素子に置き換えてエミッタ（ソース）とコレクター（ドレイン）間を導通させるために、図４に図示するＳＣシーケンス制御装置とデジタルアナログ変換回路を介してベース（ゲート）に電圧を印加させる。エミッタ（ソース）とコレクター（ドレイン）間を電気的に導通させる意図をもった概略図である。図式２０１にある機械的なリレースイッチを電力用半導体に置きかけて図１と照らし合わせてもよい。
【図３】電力の開閉スイッチに番号を割り付けて各開閉スイッチの状況を説明するための模式図である。２２２は電力の開閉スイッチをブラックボックス化している。図７および図８の個々の蓄電池の状態推移とその全容を明示するための予備的な模式図である。
【図４】中央演算処理装置ＣＰＵとメモリーＭＥＭおよびハードディスク装置ＨＤＤは高速バスに連なりバスコントローラＢＣと連結していて、低速バスに連結する一方で、コンピュータディスプレイやキーボードなどの入出力Ｉ／ＯとＵＳＢ（登録商標）およびＲＳ−２３２Ｃは低速バスに連なる。個々の蓄電池ＢＴは容量を検出する回路を持ち合わせて、その出力信号をアナログデジタル変換Ａ／Ｄを介して、パラレルシリアル変換回路を経てパーソナルコンピュータ９９９のＵＳＢ（登録商標）に接続される。パーソナルコンピュータ９９９のＲＳ−２３２Ｃはシーケンス制御装置ＳＣと接続されて、メモリー内のプログラムおよび図６のフロー図にあるアルゴリズムによって、シーケンス制御装置ＳＣを制御することで、デジタルアナログ変換回路を経て、電力用半導体素子のベース（ゲート）に規定の電圧を印加せしめて、図３に図示する個々の電力の開閉スイッチＳＷを制御する。
【図５】個々の蓄電池の遷移状態をあらわし、ラウンドロビン式（レボルバー式）であることを図示している。
【図６】個々の蓄電池の残容量を入力として、電力の開閉スイッチを駆動させるためのフロー図である。
【図７】図３において割り振られた番号（１から９の電力の開閉スイッチ）および記号（ＡからＣの蓄電池）におけるシステムの遷移状態を表にした。３つの蓄電池を設定しているが、４つ以上の蓄電池を装備した場合、待機中の蓄電池の優先的な放電順位は、充電完了日時をパーソナルコンピュータ上でソート（昇順に整列）して、最も最終に充電された蓄電池を放電に向かわせるようシーケンス制御装置を制御する。
【図８】図３において割り振られた番号（１から９の電力の開閉スイッチ）および記号（ＡからＣの蓄電池）におけるシステムの遷移状態を表にしていて、個々の蓄電池の放電によらない、電源と負荷を直結して電力を負荷に供給している状態をあらわす表であり、個々の蓄電池のメンテナンスおよび劣化した蓄電池の交換作業時による。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００２−１０５０２  蓄電池用充放電装置
【実施例】
【０００６】
本発明の一分野であるパワーエレクトロニクスにおいて電力用半導体素子を多用する。３つ以上の蓄電池を、放電、放電の待機、充電の３つ状態として遷移させて、個々の蓄電池を充放電させるための回路と、回路中の電力の開閉スイッチを電力用半導体素子として構成しながら、蓄電池の容量を監視して、シーケンス制御にて開閉スイッチを連続的に稼動させて、蓄電池をラウンドロビン式（レボルバー式）に活用する。個々の蓄電池の特性を考慮して充放電を画一にする。負荷と電源および個々の蓄電池を接続させるための電力の開閉スイッチは電力用半導体素子を用いる。その開閉スイッチを制御する際には、個々の蓄電池の残容量を検出する回路および、蓄電池の残容量を条件として開閉スイッチを駆動させるためのアルゴリズムと、充電が完了された個々の蓄電池の放電を待機させておきながら、最も最終に充電が完了された蓄電池を優先的に順次放電させるためのアルゴリズム、さらに残容量がゼロに喫緊した蓄電池を充電させるためのアルゴリズムがあり、これらの条件を諸所のアルゴリズムによってシーケンス制御で電力の開閉スイッチをオン・オフする。個々の電力用半導体素子のゲートやベースに電圧を印加することで電力をスイッチングできるから、シーケンス制御で電圧を印加させることが可能である。電力用半導体素子には通常、整流ダイオード、パワートランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、サイリスタ（登録商標）、ゲートターンオフサイリスタ（登録商標）、トライアック（登録商標）などがあり、機械的なリレースイッチも含める、本発明はそれら全部を電力の開閉スイッチとして適用する。電力用半導体素子を用いる理由は、蓄電池との電気的絶縁性を高めて、スイッチングの高速応答性を求めるものであって、負荷に対して定常的に電力を供給するものである。蓄電池そのものは直流電力である、その個々の蓄電池から、電力の開閉スイッチを経て、その集合出力端に直流電力を交流電力に変換するインバータを取り付ければ５０および６０ヘルツの交流電力がえられて、家庭用の家電製品等を負荷として電力を定常的に利用できるが、蓄電池の設置台数およびその容量と電力の開閉スイッチのスイッチングが必然となる。インバータはロイヤー回路や電流共振型のものや、コレクタ共振型回路、可変電圧可変周波数制御をもちいてもよい。蓄電池を充電するための電源とその接続は、電力会社の電力である夜間用の商用電源であっても良い。近年の電力事情に伴って、それら商用電源を接続しなくとも、太陽光発電パネルを大多数接続したり、風力発電などの否定常的な発電源を電源として本発明のシステムと接続することで電力を安定的に家庭などに供給できる。一方、蓄電池にはニッケルカドミウム蓄電池やニッケル水素蓄電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池などが普及しているが、それら蓄電池の特性に応じた充放電のアルゴリズムも適用可能である。すなわち蓄電池におけるメモリー効果を考慮することである。蓄電池を多数稼動させる際に、放電待機中の蓄電池において劣化が認められれば、その蓄電池を交換するなどしたメンテナンスも容易である。個々の蓄電池を負荷と接続した場合、家庭用の電源としては昼夜、電力消費が均衡ではないが、多数の蓄電池および、その蓄電池の残容量を検知して電力の開閉スイッチを一定のアルゴリズムにおいてシーケンス制御にて機能させることで、負荷と接続した放電中の蓄電池の容量が少なくなれば、他の蓄電池に切り替えることで定常的に電力を供給できる。電力の開閉スイッチに電力用半導体素子をつかい、蓄電池の残容量を検知する回路から得られる電気信号をデジタル信号に変換させて、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置とインタフェースを共通にして接続する方法としてＵＳＢ（登録商標）規格やＲＳー２３２Ｃを利用してもよい、検知した信号を監視して、蓄電池の３つの遷移状態を制御する。また、シーケンス制御によっても可能である。また多数の蓄電池を設置する場合にはネットワークの機能であるＩＥＥＥ８０２．３や８０２．１１などのインタフェースを使いＯＳＩのネットワーク層を多用すれば多様なマンマシンインタフェースを提供でき、蓄電池の性能や遷移状態を管理できる。蓄電池の残容量を検知する方法として、蓄電池の端子間での内部抵抗を測定したり、蓄電池の出力電圧を測定すればよい、そのアナログ信号をデジタル変換する技術は確立されており、容易に回路設計はできて設計事項的でもある。パーソナルコンピュータではマルチタスクが可能である所以、個々の蓄電池をマルチタスクで監視することが可能になる、ＯＳをＬＩＮＵＸ（登録商標）にして、制御プログラムにＪＡＶＡ（登録商標）をもちいてアルゴリズムをコーディングすれば、既存の技術基盤であるため、ラウントロビン式の制御プログラムの開発コストを低減できる。さらには個々の蓄電池の充放電および電力の開閉スイッチを制御するためのパーソナルコンピュータとシーケンス制御装置群を提示しているが、これらをプログラマブルロジックコントローラに置き換えて制御してもよい、これはラダー図およびラダーロジックを容易に設計することができて、制御プログラムの開発コストの低減やシステムの信頼性を高度に検証できるという利点がある。蓄電池を充電して充電完了状態（満充電）にして、最も最終に充電された蓄電池をラウンドロビン式に、放電を待機させておく時間が長期になる場合は、トリクル充電をするよう回路を増設する必要もあるが、蓄電池の設置台数およびその容量、特性が負荷および電源に依存することは明示的であり、本発明における設計事項でもある。これらは、将来に渡って今後の実証実験等の検証が必要である。本発明は、自立的な家庭用の電源、自立的な卸売り電気事業に関連する。さらには、ハイブリッド車両などにも適用可能である。
【符号の説明】
【０００７】
１００  電源（太陽光発電パネル、風力発電、商用電源を含む）
１０１  インバータ
１０２  負荷
１０３  パラレルシリアル変換回路（蓄電池との間のアナログデジタル変換回路は省略）
２００  逆電流防止のための整流ダイオード
２０１  電力の開閉スイッチ（電力用半導体素子に置き換わる）
２０２  過電流遮断フューズ
２２２  電力の開閉スイッチをブラックボックス化して番号付けを行った
３３３  集合出力端
４４４  個々の蓄電池の残容量を電気的にパラレルシリアル変換回路へ伝達する電路（アナログデジタル変換回路は省略）
７７７  蓄電池
８８８  絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（機械的なスイッチ図を電力用半導体素子に置き換える）
９９９  パーソナルコンピュータ（情報処理装置）
【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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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月10日(2012.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と蓄電池の間に電力の開閉スイッチを２つ設けて、２つの電力の開閉スイッチの間に負荷と接続しながら、その間に電力の開閉スイッチを設けた回路を構成して、その回路の電源および負荷側の末端に、それら３つ以上の回路を接続した回路を特徴とする蓄電池の充放電回路。
【請求項２】
請求項１に関して、３つ以上の蓄電池を有し、電力の開閉スイッチを個々の蓄電池の容量に応じて制御し、個々の蓄電池が電源および負荷と接続することを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１から２至る、個々の蓄電池の容量を検出しながら、検出結果を電子計算機で集計と演算した上、その容量に応じて、電力の開閉スイッチを制御することを特徴とするシステム。
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月3日(2012.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と蓄電池の間に電力の開閉スイッチを２つ設けて、２つの電力の開閉スイッチの間に負荷と接続しながら、その間に電力の開閉スイッチを設けた回路を構成して、その回路の電源および負荷側の末端に、それら３つ以上の回路を接続して、電力の開閉スイッチを個々の蓄電池の容量に応じて制御して、３つ以上の蓄電池が電源および負荷と接続することを特徴とする蓄電池の充放電回路。