(57)【要約】【課題】直列接続された複数の蓄電素子を含む蓄電モジュール、各蓄電素子に並列接続される均等化回路、及び蓄電モジュールを電源として動作する回路、を備えた蓄電装置を複数個直列に接続した場合に、各蓄電素子の素子電圧が均等化されるようにする。【解決手段】蓄電装置（２）は、直列接続された複数の蓄電素子（４）を含む蓄電モジュール（６）と、蓄電素子（４）ごとに当該蓄電素子（４）に並列に接続される均等化回路（８）と、蓄電素子（４）ごとに当該蓄電素子（４）に並列に接続される監視回路（１０）と、蓄電モジュール（６）を電源として動作する回路であって、各監視回路（１０）の監視結果に応じた出力を行う出力回路（２０）とを含む。ここにおいて、出力回路（２０）は、自身の消費電流を所定電流値に調整する消費電流調整回路（２２）を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の蓄電素子を含む蓄電モジュールと、
前記複数の蓄電素子の各々の素子電圧が均等になるよう、蓄電素子ごとに当該蓄電素子に並列に接続される均等化回路と、
蓄電素子ごとに当該蓄電素子に並列に接続される、当該蓄電素子の素子電圧を監視する素子電圧監視回路と、
前記蓄電モジュールを電源として動作する回路であって、各素子電圧監視回路の監視結果に応じた出力を行う出力回路と、
を含み、
前記出力回路は、
前記出力回路の消費電流を所定電流値に調整する電流調整回路を含むこと、
を特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記電流調整回路は、
前記出力回路の消費電流を検出するための検出回路を含み、前記検出回路により検出された消費電流が前記所定電流値より小さい場合に、消費電流を増加させること、
を特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
直列接続された複数の蓄電装置を含む蓄電システムであって、
前記蓄電装置は、
直列接続された複数の蓄電素子を含む蓄電モジュールと、
前記複数の蓄電素子の各々の素子電圧が均等になるよう、蓄電素子ごとに当該蓄電素子に並列に接続される均等化回路と、
蓄電素子ごとに当該蓄電素子に並列に接続される、当該蓄電素子の素子電圧を監視する素子電圧監視回路と、
前記蓄電モジュールを電源として動作する回路であって、各素子電圧監視回路の監視結果に応じた出力を行う出力回路と、を含み、
前記出力回路は、
前記出力回路の消費電流を所定電流値に調整する電流調整回路を含むこと、
を特徴とする蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置及び蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
単電池及び電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を複数個直列に接続した蓄電モジュールを含む蓄電装置が知られている。このような蓄電装置では、各蓄電素子の素子電圧にばらつきがあると、特定の蓄電素子の寿命が短くなるため、各蓄電素子の素子電圧を均等化することが行われる。
【０００３】
具体的には、例えば特許文献１（特に図５（ａ））に示されるように、各蓄電素子の素子電圧を均等化するための均等化回路（ここでは抵抗器）を蓄電装置に備えさせることが行われる。より詳しくは、蓄電素子ごとに均等化回路を並列に接続することが行われる。
【０００４】
各蓄電素子に接続された抵抗器は互いに等しい抵抗値を持っている。そのため、これらの抵抗器を流れる電流によって蓄電モジュール全体の電圧が各蓄電素子に均等に分圧され、結果的に、各蓄電素子の素子電圧が均等化される。
【０００５】
なお、この蓄電装置を複数個直列に接続することによって蓄電システムを構成した場合、各蓄電装置に備えられる抵抗器が共通の抵抗値を有するので、蓄電システム全体の電圧が各蓄電素子に均等に分圧されることとなる。すなわち、この蓄電装置を複数個直列に接続しても、各蓄電素子の素子電圧が均等化されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２４４５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、以上のような蓄電装置に蓄電モジュールを電源として動作する回路を備えさせた場合を想定する。例えば、ユーザが蓄電装置の状態を一見して把握できるようにするために、蓄電モジュールの状態に応じた出力を行う出力回路を備えさせた場合を想定する。
【０００８】
この場合、蓄電装置を複数個直列に接続して蓄電システムを構成したときに、各蓄電装置に備えられる出力回路のインピーダンスのばらつきによって、蓄電システム全体の電圧が各蓄電装置に均等に分圧されなくなる。そして、その結果として、各蓄電素子の素子電圧が均等化されなくなるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、直列接続された複数の蓄電素子を含む蓄電モジュール、蓄電素子ごとに当該蓄電素子に並列に接続される均等化回路、及び蓄電モジュールを電源として動作する回路、を備えた蓄電装置を複数個直列に接続しても、各蓄電素子の素子電圧が均等化されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る蓄電装置は、直列接続された複数の蓄電素子を含む蓄電モジュールと、前記複数の蓄電素子の各々の素子電圧が均等になるよう、蓄電素子ごとに当該蓄電素子に並列に接続される均等化回路と、蓄電素子ごとに当該蓄電素子に並列に接続される、当該蓄電素子の素子電圧を監視する素子電圧監視回路と、前記蓄電モジュールを電源として動作する回路であって、各素子電圧監視回路の監視結果に応じた出力を行う出力回路と、を含み、前記出力回路は、前記出力回路の消費電流を所定電流値に調整する電流調整回路を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る蓄電装置の一態様では、前記電流調整回路は、前記出力回路の消費電流を検出するための検出回路を含み、前記検出回路により検出された消費電流が前記所定電流値より小さい場合に、消費電流を増加させてもよい。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る蓄電システムは、直列接続された複数の蓄電装置を含む蓄電システムであって、前記蓄電装置は、直列接続された複数の蓄電素子を含む蓄電モジュールと、前記複数の蓄電素子の各々の素子電圧が均等になるよう、蓄電素子ごとに当該蓄電素子に並列に接続される均等化回路と、蓄電素子ごとに当該蓄電素子に並列に接続される、当該蓄電素子の素子電圧を監視する素子電圧監視回路と、前記蓄電モジュールを電源として動作する回路であって、各素子電圧監視回路の監視結果に応じた出力を行う出力回路と、を含み、前記出力回路は、前記出力回路の消費電流を所定電流値に調整する電流調整回路を含むこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る蓄電装置を複数直列に接続しても、各蓄電素子の素子電圧が均等化される。また、本発明に係る蓄電システムでは、各蓄電素子の素子電圧が均等化される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄電装置の構成を例示する図である。
【図２】蓄電システムを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の例について図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
［蓄電装置］
図１は、本発明の実施形態に係る蓄電装置２の構成を例示する図である。
【００１７】
［蓄電素子］
同図に示すように、蓄電装置２は、直列接続された複数の蓄電素子４を含む蓄電モジュール６を備えている。本実施形態の場合、蓄電素子４は、電気二重層キャパシタである。なお、蓄電素子４は、二次電池であってもよい。
【００１８】
［均等化回路］
また、蓄電装置２は、各蓄電素子４の素子電圧が均等になるよう、蓄電素子４と同数の均等化回路８を備えている。各均等化回路８は、各蓄電素子４に対して一対一で並列に接続されている。なお、素子電圧とは、蓄電素子４の上端の端子と下端の端子との間の電圧である。ちなみに、図１では、蓄電素子４の上端の端子が正極端子であり、下端の端子が負極端子である。
【００１９】
本実施形態では、均等化回路８は、抵抗器である。各均等化回路８は、共通の抵抗値を有している。そのため、蓄電モジュール６により供給される電圧が、各蓄電素子４に均等に分圧されるようになっている。なお、均等化回路８は、抵抗器以外の回路であってもよい。例えば、均等化回路８は、シャントレギュレータとシャントレギュレータのカソード端子に接続された抵抗器とを含む回路であってもよい。
【００２０】
［監視回路］
また、蓄電装置２は、蓄電素子４と同数の監視回路１０（素子電圧監視回路）を備えている。各監視回路１０は、各蓄電素子４に対して一対一で並列に接続されている。各監視回路１０は、自身と並列接続されている蓄電素子４の素子電圧を監視する。また、各監視回路１０は、所定の監視結果が得られる場合に、右の端子からエラー信号を出力する。
【００２１】
監視回路１０について具体的に説明する。図１に示すように、監視回路１０は、４つの抵抗器Ｒ１〜Ｒ４、１．２５ボルトの内部基準電圧を内蔵するシャントレギュレータ１２、ダイオード１４、及びＰＮＰトランジスタ１６を備えている。また、これらの他にも、監視回路１０は、ＰＮＰトランジスタ１６のコレクタとダイオード１４との間に抵抗器を備えている。抵抗器Ｒ１及び抵抗器Ｒ２は、シャントレギュレータ１２のアノード端子からシャントレギュレータ１２のカソード端子までの電位差を基準電圧（本実施形態の場合。３．２ボルト）に設定するために設けられる。なお、抵抗器Ｒ３及び抵抗器Ｒ４は、共通の抵抗値を有している。また、ダイオード１４により、他の監視回路１０から出力される電流の侵入が防止される。
【００２２】
この監視回路１０では、蓄電素子４の素子電圧が基準電圧より高くなり、エミッタに対するベースの電位が一定程度以上低くなると、ＰＮＰトランジスタ１６がオンする。そのため、この監視回路１０では、蓄電素子４の素子電圧が基準電圧より高い状態にある場合、すなわち、蓄電素子４の素子電圧が基準電圧より高いとの監視結果が得られる場合、コレクタ電流が、上記エラー信号として、右の端子から出力されることとなる。
【００２３】
なお、図１に示すように、各監視回路１０は、蓄電装置２に備えられるフォトカプラ１８の発光ダイオードと接続されている。従って、いずれかの蓄電素子の素子電圧が基準電圧より高い状態にある場合、エラー信号がフォトカプラ１８に入力されることになるので、いずれかの蓄電素子の素子電圧が基準電圧より高い状態にあるときは、常に、フォトカプラ１８のフォトトランジスタがオンしていることになる。そのため、この蓄電装置２では、いずれかの蓄電素子の素子電圧が基準電圧より高い状態にあるとき、出力回路２０（後述）の２つの端子、すなわち、端子Ｃ及び端子Ｅが短絡するようになっている。
【００２４】
［出力回路］
また、この蓄電装置２は、蓄電モジュール６を電源として動作する出力回路２０を備えている。出力回路２０は、蓄電モジュール６に並列に接続され、蓄電モジュール６の状態をユーザが一見して把握することができるようにするために、各監視回路１０の監視結果に応じた出力を行う。
【００２５】
具体的には、出力回路２０は、蓄電モジュール６に並列接続された発光ダイオード２４を備え、いずれかの蓄電素子の素子電圧が基準電圧より高い状態にある場合に、この発光ダイオード２４を消灯させる。より詳しくは、出力回路２０には、ＬＥＤ制御回路２６と、ＮＰＮトランジスタ３０と、が備えられおり、端子Ｃと端子Ｅとが短絡している間、ＬＥＤ制御回路２６がＮＰＮトランジスタ３０をオフするようになっている。こうすることにより、正常時には発光ダイオード２４が点灯し、いずれかの蓄電素子の素子電圧が基準電圧より高い状態にある場合、すなわち異常時に、発光ダイオード２４が消灯するようになっている。異常時の警告を点灯、あるいは点滅で示したい場合には、この発光ダイオード２４を点灯、あるいは点滅させるように、ＬＥＤ制御回路２６を変更しても良い。
【００２６】
また、出力回路２０は、消費電流調整回路２２も備えている。消費電流調整回路２２の意義については後述する。
【００２７】
なお、本実施形態の場合、出力回路２０は、発光ダイオード２４以外の発光ダイオード２８も備えている。発光ダイオード２８も、発光ダイオード２４と同様に蓄電モジュール６に並列に接続されるが、点灯時の色が発光ダイオード２４と異なっている。この発光ダイオード２８は、発光ダイオード２４とは異なり、電圧が一定以上あることを示すようになっている。
【００２８】
［消費電流調整回路］
この蓄電装置２単体が電源として用いられる場合もあれば、この蓄電装置２を複数個直列接続した蓄電システム１が電源として用いられる場合もある。図２に、蓄電システム１を例示した。
【００２９】
以上のような蓄電システム１において、各蓄電装置２に備えられる出力回路２０に消費電流調整回路２２が備えられていない場合を想定する。この場合、各蓄電装置２に備えられる出力回路２０のインピーダンスにばらつきによって、蓄電システム１全体の電圧が各蓄電装置２に均等に分圧されなくなり、蓄電システム１に含まれる各蓄電素子４の素子電圧が均等化されなくなる。そのため、特定の蓄電素子４の寿命が短くなってしまう。
【００３０】
この点、この蓄電装置２では、出力回路２０に備えられる上記消費電流調整回路２２が、出力回路２０の消費電流Ｉｓ（図１参照）を所定の目標電流値（ここでは、１３ミリアンペア）に調整するようになっている。このため、蓄電システム１全体の電圧が各蓄電装置２に均等に分圧されるようになり、その結果として、蓄電システム１においても、各蓄電素子４の素子電圧が均等化されるようになっている。
【００３１】
以下、消費電流Ｉｓを目標電流値に調整するための消費電流調整回路２２の構成について説明する。図１に示すように、消費電流調整回路２２は、抵抗器Ｒ５〜Ｒ９を含む複数の抵抗器を備えている。抵抗器Ｒ９は、消費電流Ｉｓを検出するために備えられ、予め定められた抵抗値を有する。抵抗器Ｒ６は、３端子可変抵抗器である。また、消費電流調整回路２２は、シャントレギュレータ３８を備えている。シャントレギュレータ３８により、カソード端子とアノード端子との間の電圧が約２．５ボルトになるように維持される。また、消費電流調整回路２２は、オペアンプ３４を備えている。オペアンプ３４の負極端子に基準電圧が入力される。オペアンプ３４は、正極端子に入力される入力電圧が基準電圧より高い場合に、オン電圧を出力する。また、消費電流調整回路２２は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３６を備えている。オペアンプ３４からの出力電圧が、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３６のゲートに入力される。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３６は、オペアンプ３４から上記オン電圧が入力された場合に、オン状態になる。
【００３２】
消費電流調整回路２２は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３６のソースから出力されるバランス電流Ｉｖの電流量を調整することにより、消費電流Ｉｓを目標電流値に維持する。具体的には、消費電流調整回路２２は、消費電流Ｉｓが目標電流値より小さい場合にのみ、バランス電流Ｉｖの出力を行うようにする。こうすることにより、消費電流調整回路２２は、消費電流Ｉｓが目標電流値より小さい場合に消費電流Ｉｓを増加させる。なお、ここでは、目標電流値は、オペアンプ３４がオフ状態であるときの消費電流Ｉｓより僅かに大きい値に設定されている。
【００３３】
より詳しくは、この消費電流調整回路２２では、消費電流Ｉｓが目標電流値より小さいときにオペアンプ３４の正極端子に入力される入力電圧が基準電圧より高くなり、且つ、消費電流Ｉｓが目標電流値より大きいときに入力電圧が基準電圧より低くなるよう、Ｒ５〜Ｒ８の抵抗値が予め設定されている。特に、抵抗器Ｒ６の抵抗値が、消費電流Ｉｓが目標電流値と等しいときにオペアンプ３４の正極端子に基準電圧と等しい電圧が入力されるよう、蓄電装置２の製造時に予め調整されている。
【００３４】
そのため、消費電流Ｉｓが目標電流値より小さい場合のみ、オペアンプ３４がオン状態となる。従って、消費電流Ｉｓが目標電流値より小さい場合のみ、バランス電流Ｉｖが出力されることとなる。その結果、消費電流Ｉｓが目標電流値へと調整される。
【００３５】
［まとめ］
以上のように、この蓄電装置２によれば、蓄電システム１を構成した場合に、どの蓄電装置２においても、出力回路２０の消費電流Ｉｓが目標電流値に調整される。そのため、蓄電システム１全体の電圧が各蓄電装置２に均等に分圧されるようになる。従って、この蓄電装置２によれば、蓄電システム１を構成しても、各蓄電素子の素子電圧が均等化されるようになる。
【符号の説明】
【００３６】
１  蓄電システム、２  蓄電装置、４  蓄電素子、６  蓄電モジュール、８  均等化回路、１０  監視回路、１２，３８  シャントレギュレータ、１４  ダイオード、１６  ＰＮＰトランジスタ、１８  フォトカプラ、２０  出力回路、２２  消費電流調整回路、２４，２８  発光ダイオード、２６  ＬＥＤ制御回路、３０  ＮＰＮトランジスタ、３４  オペアンプ、３６  Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９  抵抗器。
【図１】
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【図２】
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