(57)【要約】【課題】電池パックをカートリッジ化し、電力を有効活用することができる蓄電システム、カートリッジを提供する。【解決手段】セルが複数個接続したカートリッジが複数個直列で接続されており、カートリッジの電圧が商用電圧に変換可能な電圧を維持することを特徴とする。また、蓄電システムは、カートリッジ搭載個数がｎ個（ｎ：正数）で、ａ個（ａ：ｎ−１以下の正数）のカートリッジが搭載されている場合でも、ａ個のカートリッジで稼動する。カートリッジが蓄電システムから、人力で取り外すことが出来る蓄電システムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルが複数個接続したカートリッジが複数個直列で接続されており、蓄電システムの電圧が商用電圧に変換可能な電圧を維持することを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電システムであって、セルが複数個接続したカートリッジが複数個直列で接続されており、当該複数個直列に接続されたカートリッジが並列に接続されており、蓄電システムの電圧が商用電圧に変換可能な電圧を維持することを特徴とする蓄電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の蓄電システムであって、カートリッジ搭載個数がｎ個（ｎ：正数）で、ａ個（ａ：ｎ−１以下の整数）のカートリッジが搭載されている場合でも、ａ個のカートリッジで稼動する蓄電システム。
【請求項４】
請求項１から請求項２のうちいずれか１項に記載の蓄電システムにおいて、カートリッジが蓄電システムから、人力で取り外すことが出来る蓄電システム。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の蓄電システムにおいて、残容量の異なるカートリッジが搭載された際、残容量の大きいカートリッジのみを使用し、少ないカートリッジは使用せず、全電圧が同一電圧になった際に、全カートリッジから電力を出力することを特徴とする蓄電システム。
【請求項６】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の蓄電システムにおいて、残容量の異なるカートリッジが搭載された際、残容量の大きいカートリッジから少ないカートリッジへ電力輸送を可能する回路が、各カートリッジ間に配されることを特徴とする蓄電システム。
【請求項７】
請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載された蓄電システムにおいて、蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にカバーが設けられており、カートリッジを蓄電システムにはめ込むと接続面が露出して電気的接続を形成することを特徴とする蓄電システム。
【請求項８】
請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の蓄電システムにおいて、蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にワイヤレス電力輸送装置が設けられており、物理的に接続しなくとも電力の授受が可能であることを特徴とする蓄電システム。
【請求項９】
請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の蓄電システムにおいて、用途として一般住宅、店舗、ビル、工場、バックアップ電源、メガソーラー電力貯蔵、風力電力貯蔵、地熱発電電力貯蔵、電気自動車、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車に転用可能な蓄電システム。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の蓄電システムにおいて、蓄電システムがＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）に接続されており、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が予め決められた時間未満であるなら天気予報から太陽電池の出力量を予測し、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が前記予め決められた時間以上であるなら、系統からの蓄電をしないことを特徴とする蓄電システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の蓄電システムに用いられるカートリッジであって、当該蓄電システムに用いられるカートリッジが略同一の形状であることを特徴とするカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電システム、カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池は電気自動車を中心に需要が伸びてきている。他方、定置用としても耳目を集めており、緊急時の電源確保、再生可能エネルギーの導入に伴う平準化蓄電、および効率的なエネルギーの利用を促進する省エネデバイスとしての蓄電池が注目されている。中でも高密度エネルギーを実現するリチウムイオン二次電池は、自動車用途と共に定置用としても使用されつつある。自動車用途に使用した後の蓄電池を、定置用に転換することも考えられている。
【０００３】
現行/従来の定置用蓄電池の特徴として、全セルが溶接などにより固定されている。他方、大型二次電池を有効活用する方法として、電池をカートリッジ化することが挙げられる。ここでいうカートリッジ化とは、電池を交換可能、または交換が容易な部品とすることを表す。例えば住宅用蓄電池をカートリッジ化することにより、走行状態によって航続距離が大きく変わる電気自動車の航続距離延長電源（エクステンダー）として利用できたり、自転車に利用すれば電池充電時間も省略でき、利便性が向上する（例えば、先行技術文献１参照）。
また、家庭内の電力使用量が変わる際、容量を容易に増やすことができ、新しいシステムを入れる必要がないことから高い経済性が得られる。さらに電池の使用状況がクラウドなどを通してモニタリングすることが出来れば、メンテナンス時期や交換すべき電池がすぐに分かり、効率的な運用をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０１６７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した技術において、課題となるのが、筐体・バッテリーマネジメントシステムである。従来、住宅用途では、電池パックは溶接で固定化するのが常套であるが、これらをカートリッジ化するには取り外し可能であることが絶対である。つまり、カートリッジ化を実現するためには、蓄電システムとカートリッジが確実に、かつ安全に接続することが重要である。また、複数のカートリッジのうち１つのカートリッジが接続されない状況でも、蓄電システムとして電力の供給あるいはカートリッジへの充電を行うことが必須となる。更に、劣化状態・使用履歴が異なる電池が蓄電システムに入ったとしても、これを全体の中で平準化する必要がある。付加価値として、太陽電池および系統からの電力の有効活用化を推進するため、蓄電システムをＬＡＮに接続させて天気予報を入手し、生活パターンも考慮したエネルギートータルマネジメントシステムを構築することが望ましい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電池パックをカートリッジ化し、電力を有効活用することができる蓄電システム、カートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は電気的に接続した複数個のセルからなるカートリッジが、複数個直列に接続されており、かつカートリッジ1個につき一つのバイパス回路が設置されており、蓄電システムの電圧が商用電圧に変換可能な電圧を維持することを特徴とする。
また、セルが複数個接続したカートリッジが複数個直列で接続されており、複数個直列に接続されたカートリッジが並列に接続されており、蓄電システムの電圧が商用電圧に変換可能な電圧を維持することを特徴とする蓄電システムであってもよい。
さらに本発明は、カートリッジの各々にバイパス回路が設置されている。
この構成によれば、例えばカートリッジ搭載個数がｎ個（ｎ：正数（例えばｎ＜３０））で、ａ個（ａ：ｎ−１以下の正数）のカートリッジが搭載されている場合でも、蓄電システムとして稼働することが可能である。また、過充電を防止することが可能であり、例えば満充電になったカートリッジは、電気的接続を切断することが出来る。つまり、特定のカートリッジに負荷がかからず、寿命の劣化を防止することが出来る。ただし、直列のカートリッジの群が、並列接続されている回路でもよい。
【０００８】
また、本発明は、上述の蓄電システムであって、カートリッジの搭載個数がｎ個（ｎ：正数（例えばｎ＜３０））で、ａ個（ａ：ｎ−１以下の正数）のカートリッジが搭載されている場合でも、ａ個のカートリッジで稼動する。a個のカートリッジは直列接続であり、かつカートリッジn個の各々にバイパス回路が設置されている。
この構成によれば、複数のカートリッジのうち１つのカートリッジが搭載されない状況でも、蓄電システムとして電力の供給あるいはカートリッジへの充電を行うことが可能となる。ただし、直列のカートリッジの群が、並列接続されている回路でもよい。
【０００９】
また、本発明は、上述の蓄電システムであって、カートリッジが蓄電システムから、人力で取り外すことが出来る蓄電システムであることを特徴とする。
これにより、メンテナンスがし易く、かつカートリッジを定置用だけでなく、他の機器にも共有して用いる際の移動をスムースにすることができる。これにより、蓄電システムにて充電された電力を他のシステムにも供給することが可能となり、自然エネルギーや系統電力によってカートリッジに充電された電力を有効活用することができる。
【００１０】
また、本発明は、上述の蓄電システムにおいて、残容量の異なるカートリッジが搭載された際、残容量の大きいカートリッジのみを使用し、少ないカートリッジは使用せず、全電圧が同一電圧になった際に、全カートリッジから電力を出力することを特徴とする。
この構成によれば、充電容量が異なる電池が蓄電システムに入ったとしても、これを全体の中で平準化することが可能となる。
【００１１】
また、本発明は、上述の蓄電システムにおいて、残容量の異なるカートリッジが搭載された際、残容量の大きいカートリッジから少ないカートリッジへ電力輸送を可能する回路が、各カートリッジ間に配されることを特徴とする。
この構成によれば、充電容量が異なる電池が蓄電システムに入ったとしても、これを全体の中で平準化することが可能となる。
【００１２】
また、本発明は、上述の蓄電システムにおいて、蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にカバーが設けられており、カートリッジを蓄電システムにはめ込むと接続面が露出して電気的接続を形成することを特徴とする。
蓄電システムとカートリッジが確実に、かつ安全に接続することが可能となる。
【００１３】
また、本発明は、上述の蓄電システムにおいて、蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にワイヤレス電力輸送装置が設けられており、物理的に接続しなくとも電力の授受が可能であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上述の蓄電システムにおいて、用途として一般住宅、店舗、ビル、工場、バックアップ電源、メガソーラー電力貯蔵、風力電力貯蔵、地熱発電電力貯蔵、電気自動車、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車に転用可能な蓄電システムである。
これにより、カートリッジを定置用だけでなく、他の機器にも共有して用いることができるので、蓄電システムにて充電された電力を他のシステムにも供給することが可能となり、自然エネルギーによってカートリッジに充電された電力を有効活用することができる。
【００１５】
また、本発明は、上述の蓄電システムにおいて、蓄電システムがＬＡＮに接続されており、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が予め決められた時間未満であるなら天気予報から太陽電池の出力量を予測し、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が前記予め決められた時間以上であるなら、系統からの蓄電をしないことを特徴とする。
この構成によれば、太陽電池および系統からの電力の有効活用化を推進するため、蓄電システムをＬＡＮに接続させて天気予報を入手し、生活パターンも考慮したエネルギートータルマネジメントシステムを構築することができる。
【００１６】
また、本発明は、上述の蓄電システムに用いられるカートリッジであって、当該蓄電システムに用いられるカートリッジが略同一の形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、この発明によれば、電池パックをカートリッジ化するようにしたため、定置用だけでなく、他の設備や装置に載せ替えて電力を供給することができる。これにより、電力を有効活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の一実施形態によるセルの外観を表す図である。
【図２】この実施形態におけるカートリッジの外観を表す図である。
【図３】カートリッジの他の例を表す図である。
【図４】蓄電システムの外観を表す図である。
【図５】蓄電装置とカートリッジとの接続について説明する図である。
【図６】カートリッジについて説明する図である。
【図７】蓄電システムに用いられる蓄電装置２０について説明する図である。
【図８】セルおよびカートリッジについて説明する図である。
【図９】セル及びカートリッジの仕様の一例を表す図である。
【図１０】複数のカートリッジを直列接続した場合を表す図である。
【図１１】カートリッジ群及び各スイッチを制御する制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】カートリッジが直列に接続されたカートリッジ群を並列に接続した場合を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態によるバッテリーマネジメントシステム、蓄電システムについて図面を参照して説明する。
【００２０】
蓄電システムは、自然エネルギーから得られる電力および系統電力（商用電力）をカートリッジに設けられたセルに蓄電し、また、カートリッジに設けられたセルから定置用として建物内に電力を供給するマネジメントをするシステムである。自然エネルギーから得られる電力とは、例えば、太陽光発電や風力発電等によって得られた電力である。
【００２１】
蓄電するデバイスとしてリチウムイオン二次電池（以下ＬｉＢ）、ニッケル水素二次電池、鉛蓄電池、ニッカド電池、レドックスフロー電池、亜鉛塩素電池、亜鉛臭素電池、リチウム空気電池、アルミニウム空気電池、空気亜鉛電池、ナトリウム硫黄電池、リチウム硫化鉄電池のいずれかから構成されたセルが複数個接続したカートリッジタイプのパック（以下カートリッジ：カートリッジの意味として、取り外し可能な部品）およびカートリッジを固定してカートリッジのバッテリーマネジメントを行う蓄電システムからなる。
【００２２】
カートリッジは、蓄電システムから容易に着脱可能である。これらの発明により、住宅・ビル・工場などの電力貯蔵用システムとして利用可能だけでなく、カートリッジを自転車や自動車などにも転用が可能で、更にメンテナンスも容易となる。
【００２３】
この実施形態では、自然エネルギーから得られる電力および系統電力を蓄電し、マネジメントをするシステムに関する。上述したいずれかの電池のセルが複数個接続したカートリッジと、カートリッジを固定して電力の融通を行う蓄電システムからなる。カートリッジを達成するには、カートリッジの安全な着脱が必須であるため、カートリッジと蓄電システムの電気的接続部分がカバーにより保護されている。またはワイヤレスによる電力融通が行われる。さらに、カートリッジでは残容量の異なる電池が蓄電システムに組み込まれる。故に、これらの残容量を均一にするシステムを有する。
【００２４】
本実施形態の第１の様態では、電気的に接続した複数個のセルからなるカートリッジが、複数個直列に接続されており、かつカートリッジ1個につき一つのバイパス回路が設置されており、蓄電システムの電圧が商用電圧に変換可能な電圧を維持することを特徴とする。電圧を変換する電力変換装置としてトランスなどが挙げられる。この電力変換装置は、蓄電システムから出力される直流の電圧を交流の所定の電圧（例えば、１００Ｖや２００Ｖ）に変換する。
この構成によれば、例えばカートリッジ搭載個数がｎ個（ｎ：正数（例えばｎ＜３０））で、ａ個（ａ：ｎ−１以下の正数）のカートリッジが搭載されている場合でも、蓄電システムとして稼働することが可能である。また、過充電を防止することが可能であり、例えば満充電になったカートリッジは、電気的接続を切断することが出来る。つまり、特定のカートリッジに負荷がかからず、寿命の劣化を防止することが出来る。ただし、直列のカートリッジの群が、並列接続されている回路でもよい。
【００２５】
また、この実施形態における第２の様態では、セルが複数個接続したカートリッジが複数個直列で接続されており、複数個直列に接続されたカートリッジが並列に接続されており、蓄電システムの電圧が商用電圧に変換可能な電圧を維持することを特徴とする蓄電システムである。かつカートリッジ1個につき一つのバイパス回路が設置されており、蓄電システムの電圧が商用電圧に変換可能な電圧を維持することを特徴とする。電圧を変換する電力変換装置としてトランスなどが挙げられる。この電力変換装置は、蓄電システムから出力される直流の電圧を交流の所定の電圧（例えば、１００Ｖや２００Ｖ）に変換する。
この構成によれば、例えばカートリッジ搭載個数がｎ個（ｎ：正数（例えばｎ＜３０））で、ａ個（ａ：ｎ−１以下の正数）のカートリッジが搭載されている場合でも、蓄電システムとして稼働することが可能である。また、過充電を防止することが可能であり、例えば満充電になったカートリッジは、電気的接続を切断することが出来る。つまり、特定のカートリッジに負荷がかからず、寿命の劣化を防止することが出来る。ただし、直列のカートリッジの群が、並列接続されている回路でもよい。
また、この実施形態における第３の様態では、第１または第２の態様に記載の蓄電システムにおいて、カートリッジ搭載個数がｎ個（ｎ＜３０）で、ａ個（ａ：ｎ−１以下）のカートリッジが搭載されている場合でも、ａ個のカートリッジで稼動するバッテリーマネジメントシステムおよび蓄電システムが提供される。他用途としてカートリッジを使用する場合には、当初のカートリッジの本数よりも少ない状態で蓄電システムを稼動させなければならない。その際、出力は小さくなる可能性があるが、ａ個のカートリッジでも蓄電システムとして稼動するバッテリーマネジメントシステムが必要となる。
【００２６】
また、この実施形態の第４の様態では、第１または第２の態様に記載の蓄電システムにおいて、カートリッジが蓄電システムから、簡易に取り外すことが出来る蓄電システムが提供される。人力で取り外せることにより他用途への展開も容易に可能である。
【００２７】
また、この実施形態の第５の様態では、第１または第２の態様に記載の蓄電システムにおいて、残容量の異なるカートリッジが搭載された際、残容量の大きいカートリッジのみを使用し、少ないカートリッジは使用せず、全電圧が同一電圧になった際に、全カートリッジから電力を出力することを特徴とするバッテリーマネジメントシステムおよび蓄電システムが提供される。カートリッジからなる蓄電システムであるため、あるカートリッジを他用途として使用すると、蓄電システムに戻す際は、他のカートリッジと残容量が異なる。従来のシステムであるなら、カートリッジ間にスイッチなどが設けられていないため、残容量の一番小さいカートリッジの電流がアウトプットの電流となる。そのため、残容量の一番小さいカートリッジに大きな負荷がかかるため、そのカートリッジの劣化が加速されて、システム全体の性能が低下する。本態様では、カートリッジ間にスイッチを設けており、容量の少ないカートリッジが強制的に回路から外されることにより、上記課題を解決している。なお、残容量の大きいカートリッジのみを使用し、少ないカートリッジは使用しない状態は、残容量の大きいカートリッジを蓄電システムに接続し、少ないカートリッジを蓄電システムには接続しない状態である。この接続されたカートリッジから電力を供給している状態において、接続されていないカートリッジの残容量と接続されたカートリッジの残容量が同じになった場合、接続されていなかったカートリッジを接続し、電力を供給させる。
【００２８】
また、この実施形態の第６の様態では、第１または第２の態様に記載の蓄電システムにおいて、残容量の異なるカートリッジが搭載された際、残容量の大きいカートリッジから少ないカートリッジへ電力輸送を可能する回路が、各カートリッジ間に配することを特徴とするバッテリーマネジメントシステムおよび蓄電システムが提供される。これは、上述の第四の様態と並列な条件であるが、カートリッジ間にスイッチを設けているため、特定のセル間のみの電力授受が可能となる。故に使用している全カートリッジの残容量を均一に出来るため、カートリッジの寿命劣化を防ぐことが可能となる。
【００２９】
また、この実施形態の第７の様態では、第１または第２の態様に記載の蓄電システムにおいて、蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にカバーが設けられており、カートリッジを蓄電システムにはめ込むと接続面が露出して電気的接続を形成することを特徴とするカートリッジおよび蓄電システムが提供される。カートリッジは蓄電システムに電気的に接続しなければならない。しかし、大型リチウムイオン二次電池のタブを不用意に外部にむき出しにしないようにすることが考えられる。このため、カートリッジおよび蓄電システムの電極タブには、カバーが施されている。これにより、安全に接続をすることができるだけでなく、埃などのよごれによる接触不良も避けることが出来る。
【００３０】
また、この実施形態の第８の様態では、第１または第２の態様に記載の蓄電システムにおいて、蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にワイヤレス電力輸送装置が設けられており、物理的に接続しなくとも電力の授受が可能であることを特徴とするカートリッジおよび蓄電システムが提供される。これは、上述の第六の様態と並列の関係にある。安全上、接触不良回避の観点から、電極タブなどの接続部はむき出しにしなことが望ましい。よって電力授受側、および電力提供側にワイヤレス充電ができるよう電気的部品（渦巻状ワイヤなど）を施している。
【００３１】
また、この実施形態の第９の様態では、第１または第２の態様に記載の蓄電システムにおいて、用途として一般住宅、店舗、ビル、工場、バックアップ電源、メガソーラー電力貯蔵、風力電力貯蔵、地熱発電電力貯蔵、電気自動車、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車に転用可能な蓄電システムが提供される。例えば、セルの容量が5Ahの場合、一般住宅用としては、50つのセルがパッケージングされたカートリッジであり、このカートリッジが5個直列で接続されている。また、工場用では50Ahの容量のセルが10個接続したカートリッジが、10個直列されているカートリッジが10個並列で接続されている。
【００３２】
また、この実施形態の第１０の様態では、第１または第２の態様に記載の蓄電システムにおいて、蓄電システムがＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）に接続されており、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が予め決められた時間未満であるなら天気予報から太陽電池の出力量を予測し、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が予め決められた時間以上であるなら、系統からの蓄電をしないことを特徴とするバッテリーマネジメントシステムおよび蓄電システムが提供される。ここでは、予め決められた時間は、適宜設定することが可能であるが、例えば、３時間とすることができる。
蓄電システムがＬＡＮなどのＩＴ（情報技術）機器と接続されることにより、エネルギーを効率的に使用することが可能となる。太陽発電が設置されている家庭であるならば、太陽発電が未来（例えば次の日）に発電する量を天気予報から推測することによって、前日に商用系統電源から蓄電をしておくべきか、もしくは次の日の太陽発電から電力をまかなった方が良いかを判断する。これを実現することにより、エネルギーの効率的な使用が達成される。
【００３３】
また、太陽電池および系統からの電力の有効活用化を推進するため、蓄電システムをＬＡＮに接続し、外部に設けられたサーバから天気予報を受信する。生活パターンも考慮したエネルギートータルマネジメントシステムを構築することが望ましい。生活パターンとは、各家庭で何時にどのくらいの電力を使用するかという情報である。スマートメーターが蓄電システムに接続されることで、蓄電システムは、スマートメーターから生活パターンである情報を受信し、この情報に基づいて、その家庭の電力使用状況に合わせてカートリッジから電力を供給したり、カートリッジに充電を行う。
【００３４】
また、この実施形態の第１１の様態では、第１または第２の態様に記載の蓄電システムにおいて、カートリッジの中で接続されているセルが、２Ｃ以上での充電、２Ｃ以上での放電の条件でサイクル特性試験を行った際、１００サイクル目での容量維持率が９０％以上であることを特徴とするセルおよびカートリッジが提供される。第２の態様および第４の態様より、少数でのカートリッジでの蓄電システムの稼動、およびカートリッジ間の電力融通が発生する。この際、カートリッジに搭載されているセルが急速充放電性能をもっていれば、カートリッジの本数がａ本（ｎ−１以下）でも、Ｃレートをあげることにより、エネルギーを有効活用することができる。
【００３５】
ここでは、第１から第１１までの態様について説明したが、これらのうち２つ以上を組み合わせてカートリッジ、バッテリーマネジメントシステム、蓄電システムを構成することもできる。
【００３６】
図１は、この発明の一実施形態によるバッテリーマネジメントシステム、蓄電システムに用いられるカートリッジを構成するセルの外観を表す図である。セルは、略直方体の形状をしており、タブ（端子）が１つの面（ここでは上面）に設けられている。セルの大きさは、例えば、幅が１０ｃｍ程度、高さが０．５ｃｍ程度、奥行きが３０ｃｍ程度である。
【００３７】
図２は、この実施形態におけるカートリッジの外観を表す図である。
カートリッジは、複数のセルから構成されている。この図においては、カートリッジは、１８個のセルから構成される場合について図示されている。カートリッジには、１８個のセルが並行に並んで収納され、セルのタブは溶接により電気的に接続されており、カートリッジの筐体中に収納されている。カートリッジの大きさは、例えば、幅１５ｃｍ程度、高さ３ｃｍ程度、奥行き４０ｃｍ程度である。
各セルは、蓄電装置に搭載されると、蓄電装置側において各セルが直列に接続される。
なお、この図においては、カートリッジは、１８個のセルを有している場合について説明したが、セルの個数は、これに限られるものではなく、１つ、２つ、あるいは４つ以上であってもよい。
【００３８】
図３は、カートリッジの他の例を表す図である。この図においては、カートリッジの筐体内に、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）が搭載される。バッテリーマネジメントシステムは、蓄電装置からセルへの充電やセルから外部に接続された負荷への放電等を管理する機能を有し、例えば、過充電や過放電が生じないように充放電を制御する。
【００３９】
図４は、蓄電システムの外観を表す図である。蓄電システムは、１つまたは複数のカートリッジと蓄電装置とから構成される。この図において、蓄電装置は、カートリッジを収容して接続する収容口が４つ設けられており、最大で４つのカートリッジが接続可能である。この蓄電装置の大きさは、応用環境によって自由に設計変更できる。例えば、幅１００ｃｍ、高さ５０ｃｍ、奥行き１００ｃｍ程度が挙げられる。なお、本発明はそれで限定されるわけではない。この図においては、１つのカートリッジが、蓄電装置に搭載されている。
【００４０】
図５は、蓄電装置とカートリッジとの接続について説明する図である。ここでは、蓄電装置には最大で４つのカートリッジを接続することができる場合について説明する。この図において、蓄電装置は、４つのカートリッジ１０−１、１０−２、１０−３、１０−４が、スイッチを介し直列に接続されている。スイッチ２ａの一方の端子は、充放電装置に接続され、他方の端子は、スイッチ２１ａの一方の端子とスイッチ２１ｂの一方の端子に接続される。スイッチ２１ａの他方の端子は、カートリッジ１０−１の一方の端子に接続されている。カートリッジ１０−１の他方の端子は、スイッチ２１ｂの他方の端子とスイッチ２２ａの一方の端子に接続されている。
【００４１】
スイッチ２２ａの他方の端子は、カートリッジ１０−２の一方の端子に接続されている。カートリッジ１０−２の他方の端子は、スイッチ２２ｂの他方の端子とスイッチ２３ａの一方の端子に接続されている。
【００４２】
スイッチ２３ａの他方の端子は、カートリッジ１０−３の一方の端子に接続されている。カートリッジ１０−３の他方の端子は、スイッチ２３ｂの他方の端子とスイッチ２４ａの一方の端子に接続されている。
【００４３】
スイッチ２４ａの他方の端子は、カートリッジ１０−４の一方の端子に接続されている。カートリッジ１０−４の他方の端子は、スイッチ２４ｂの他方の端子とスイッチ２充放電装置の他方の端子に接続されている。
【００４４】
充放電装置は、各カートリッジへ電力を供給して充電したり、各カートリッジからの電力を負荷（例えば、建物内の電気設備）に供給する。
【００４５】
ここで、スイッチ２ａ、スイッチ２１ａ、スイッチ２２ａ、スイッチ２３ａ、スイッチ２４ａがＯＮ（接続状態）であり、スイッチ２１ｂ、スイッチ２２ｂ、スイッチ２３ｂ、スイッチ２４ｂがＯＦＦ（切断状態）である場合、各カートリッジ１０−１〜１０−４内のセルに充電あるいはカートリッジから放電することができる。
【００４６】
スイッチ２１ａがＯＦＦとなり、スイッチ２１ｂがＯＮとなった場合には、カートリッジ１０−１をバイパスすることとなり、カートリッジ１０−１への充電あるいはカートリッジ１０−１からの放電が行われない。
【００４７】
図６は、カートリッジについて説明する図である。この例では、カートリッジの端子がカートリッジに設けられたカバー内に収納される場合について説明する。
カートリッジ１０のいずれか１つの面に、開閉可能なカバー１３が設けられている。このカバー１３は横方向に開く。カートリッジ１０のカバー内には、プラス端子（＋端子）１１とマイナス端子（−端子）１２とが設けられている。このプラス端子（＋端子）１１とマイナス端子（−端子）１２とを介して、カートリッジ１０に設けられたセルから電力を供給したり、セルの充電を行うことが可能である。カートリッジ１０内の各セルは、直列に接続されており、プラス端子１１とマイナス端子１２とを介して蓄電装置や負荷に接続されることによって、セルへの充電および放電を行うことができる。
【００４８】
図７は、蓄電システムに用いられる蓄電装置２０について説明する図である。この図では、蓄電装置２０の側面のいずれか１つの面に、カバー２２（図６におけるカバー１３に相当）が開閉可能に設けられている。このカバー２２は横方向に開く。カバー２２内には、端子口が２つ設けられており、カートリッジ１０のプラス端子１１とマイナス端子１２がそれぞれ挿入される。これにより、蓄電装置２０とカートリッジ１０とが電気的に接続可能となる。
【００４９】
次に、上述の蓄電システムについてさらに説明する。
ここでは、複数のカートリッジを直列接続した場合について説明する。
図８は、セルおよびカートリッジについて説明する図である。カートリッジ１００内には、複数のセル１０１が設けられている。これらのセル１０１は、いずれも均一に劣化するものとする。これらのセルを制御するためにアクティブセルバランスおよびパッシブセルバランスのＢＭＳを設置しても良い。安全回路１０２は、過充電や過放電が生じないように各セルの充放電を制御する。ハンドル１０３は、カートリッジの外部に設けられており、カートリッジを充電装置に取り付け、取り外し、運搬の際に利用される。
【００５０】
図９は、セル及びカートリッジの仕様の一例を表す図である。
セル及びカートリッジは、この図に示すようなサイズ、重量、定格である。
【００５１】
図１０は、複数のカートリッジを直列接続した場合を表す図である。ここでは、カートリッジ２０１、２０２、２０３、２０４の４つのカートリッジが直列接続される。
カートリッジ２０１は、プラス端子がスイッチ２１１ｂを介して充放電回路の一方の出力端子に接続されており、マイナス端子がスイッチ２１２ｂを介してカートリッジ２０２のプラス端子に接続される。スイッチ２１１ａは、一方の端子が、充放電回路の一方の出力端子とスイッチ２１１ｂの上流側の端子との間に接続され、他方の端子がカートリッジ２０１のマイナス端子とスイッチ２１２ｂの上流側の端子との間に接続され、バイパスする機能を有する。
【００５２】
カートリッジ２０２は、プラス端子がスイッチ２１１ｂを介してカートリッジ２０１のマイナス端子に接続されており、マイナス端子がスイッチ２１３ｂを介してカートリッジ２０３のプラス端子に接続される。スイッチ２１２ａは、一方の端子が、スイッチ２１１ａの他方の端子とスイッチ２１２ｂの上流側の端子との間に接続され、他方の端子がカートリッジ２０２のマイナス端子とスイッチ２１３ｂの上流側の端子との間に接続され、バイパスする機能を有する。
【００５３】
カートリッジ２０３は、プラス端子がスイッチ２１３ｂを介してカートリッジ２０２のマイナス端子に接続されており、マイナス端子がスイッチ２１４ｂを介してカートリッジ２０４のプラス端子に接続される。スイッチ２１３ａは、一方の端子が、スイッチ２１２ａの他方の端子とスイッチ２１３ｂの上流側の端子との間に接続され、他方の端子がカートリッジ２０３のマイナス端子とスイッチ２１４ｂの上流側の端子との間に接続され、バイパスする機能を有する。
【００５４】
カートリッジ２０４は、プラス端子がスイッチ２１４ｂを介してカートリッジ２０３のマイナス端子に接続されており、マイナス端子が充放電回路の他方の端子に接続される。スイッチ２１４ａは、一方の端子が、スイッチ２１３ａの他方の端子とスイッチ２１４ｂの上流側の端子との間に接続され、他方の端子がカートリッジ２０４のマイナス端子と充放電回路の他方の端子との間に接続され、バイパスする機能を有する。
【００５５】
次に、図１０の構成におけるカートリッジ群及び各スイッチを制御する制御装置の動作を説明する。
図１１は、カートリッジ群及び各スイッチを制御する制御装置の動作を説明するフローチャートである。
制御装置は、カートリッジ群に対して入出力がない状態（ステップＳ１００）では、スイッチ２１１ａ、２１２ａ、２１３ａ、２１４ａ、をＯＦＦ（接続していない状態）にし、スイッチ２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂをＯＮ（接続している状態）となっている。この状態になっていれば、随時、入出力を行うことが出来る。入出力とは、例えば、入力が各カートリッジへの充電行為であり、出力が各カートリッジから負荷（例えば、家庭内への電源）への供給行為である。
制御装置は、入出力がある状態になり（ステップＳ１０１）、カートリッジ２０１を抜く指令が操作ボタンから入力されると（ステップＳ１１０）、スイッチ２１１ａを閉じ、スイッチ２１１bを開ける（ステップＳ１１１）。そして、制御装置は、カートリッジ２０１を取り外してよいことを表す情報を表示装置に表示する（ステップＳ１１２）。
【００５６】
一方、制御装置は、入出力がある状態になり（ステップＳ１０１）、カートリッジ２０１の残容量（Ａｈ）がカートリッジ２０１、２０２、２０３、２０４の中で一番高くない状態すなわち、残容量が最も高いカートリッジが、カートリッジ２０１、２０２、２０３、２０４のうちカートリッジ２０１ではない場合（ステップＳ１２０）、スイッチ２１１ａを閉じ、スイッチ２１２ｂを開ける（ステップＳ１２１）。そして、カートリッジ２０１の残容量が、カートリッジ２０１、２０２、２０３、２０４の中で最も高くなると（ステップＳ１２２）、スイッチ２１１ｂを閉じ、スイッチ２１１ａを開ける（ステップＳ１２３）。
【００５７】
制御装置は、ステップＳ１２０において、カートリッジ２０１と他のカートリッジ２０２、２０３、２０４との残容量を比較する場合、他のカートリッジの残容量の方が多くその残容量の差が各セルの定格容量の1%以上である場合、他のカートリッジの方が残容量が多いと判定する。
【００５８】
例えば、この制御装置の動作によって、ステップ１２０において、カートリッジ２０１の残容量が１７．１３２Ａｈ、カートリッジ２０２の残容量が１７．４３５Ａｈ、カートリッジ２０３の残容量が１７．４９３Ａｈ、カートリッジ２０４の残容量が１７．５１２Ａｈであった場合、ステップＳ１２１においてスイッチ２１２ｂを開け、スイッチ２１１ａを閉じる。これにより、カートリッジ２０２、２０３，２０４の残容量が１７．３１２以下になった際、ステップＳ１２３において、スイッチ２１１ｂを閉じ、スイッチ２１１ａを開ける。
【００５９】
このようにして、直列接続されたカートリッジ群間の接続状態の制御を行う。
【００６０】
次に、直列に接続されたカートリッジ群が複数ある場合に並列に接続した場合について説明する。
図１２は、カートリッジが直列に接続されたカートリッジ群を並列に接続した場合を表す図である。ここでは、カートリッジ群３００、４００、５００の３つのカートリッジ群が並列接続される。
カートリッジ群３００は、カートリッジ３０１、３０２、３０３、３０４が直列に接続されている。カートリッジ３０１、３０２、３０３、３０４には、それぞれプラス側の端子にスイッチ３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、３１４ｂが設けられるとともに、バイパスする経路上に３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、３１４ａが設けられる。これらの接続関係は、図１０に示すものと同様である。
【００６１】
カートリッジ群４００は、カートリッジ４０１、４０２、４０３、４０４が直列に接続されている。カートリッジ４０１、４０２、４０３、４０４には、それぞれプラス側の端子にスイッチ４１１ｂ、４１２ｂ、４１３ｂ、４１４ｂが設けられるとともに、バイパスする経路上に４１１ａ、４１２ａ、４１３ａ、４１４ａが設けられる。これらの接続関係は、図１０に示すものと同様である。
【００６２】
カートリッジ群５００は、カートリッジ５０１、５０２、５０３、５０４が直列に接続されている。カートリッジ５０１、５０２、５０３、５０４には、それぞれプラス側の端子にスイッチ５１１ｂ、５１２ｂ、５１３ｂ、５１４ｂが設けられるとともに、バイパスする経路上に５１１ａ、５１２ａ、５１３ａ、５１４ａが設けられる。これらの接続関係は、図１０に示すものと同様である。
【００６３】
このように、直列接続されたカートリッジを並列接続し、各スイッチを制御するようにしてもよい。
【００６４】
上述した実施形態によれば、例えば定置用蓄電池を、走行状態によって航続距離が大きく変わる電気自動車のエクステンダーとして利用することができる。また、定置用蓄電池を自転車に利用すれば電池充電時間も省略でき、利便性が向上する。また、家族が増えるなどで電力使用量が代わる際、カートリッジの本数を増設することにより、容量を容易に増やすことができるため、新しいシステムを入れる必要がないことから経済性が高い。
【００６５】
また、図１における蓄電システムの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより充放電管理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００６６】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００６７】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。また、コンバータ、DC/DCコンバータなどの逆変換装置および整流器などが回路に組み込まれていても良い。
【符号の説明】
【００６８】
１、２、３、４、５  スイッチ
６、７、８、９  セル
１０、１００、２０１、２０２、２０３、２０４、３０１、３０２、３０３、３０４、４０１、４０２、４０３、４０４、５０１、５０２、５０３、５０４  カートリッジ
１１  プラス端子（＋端子）
１２  マイナス端子（−端子）
１３、２２  カバー
２０  蓄電システム
２１１ａ、２１１ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、２１３ａ、２１３ｂ、２１４ａ、２１４ｂ、３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂ、３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂ、３２０、４１１ａ、４１１ｂ、４１２ａ、４１２ｂ、４１３ａ、４１３ｂ、４１４ａ、４１４ｂ、４２０、５１１ａ、５１１ｂ、５１２ａ、５１２ｂ、５１３ａ、５１３ｂ、５１４ａ、５１４ｂ、５２０  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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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