(57)【要約】【課題】発電電力が時間と共に変化する電源を用いる場合でも、各単電池を均等に充電することが可能な蓄電池装置を提供する。【解決手段】蓄電池装置１は、複数の単電池２と、バイパス回路３とを備える。複数の単電池２は、互いに直列接続されている。バイパス回路３は、複数の単電池２の各々に並列に接続され、抵抗素子４と、ＦＥＴ５とを有する。ＦＥＴ５は、抵抗素子４に直列に接続されている。抵抗素子４の抵抗値とＦＥＴ５の導通状態における抵抗値との合計値は、当該抵抗素子４及び当該ＦＥＴ５を有するバイパス回路３に並列に接続された単電池２の満充電時における電圧値を、単電池２を充電する充電電流の最大値で除した値である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列接続された複数の単電池と、
前記複数の単電池の各々に並列に接続され、抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続されたスイッチング素子と、を有するバイパス回路と、
を備え、
前記抵抗素子の抵抗値と前記スイッチング素子の導通状態における抵抗値との合計値は、当該抵抗素子を有するバイパス回路に並列に接続された単電池の満充電時における電圧値を、前記単電池を充電する充電電流の最大値で除した値である、蓄電池装置。
【請求項２】
前記複数の単電池が太陽光発電システムにより充電される、請求項１に記載の蓄電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、二次電池のセル電圧バランス装置が記載されている。このセル電圧バランス装置は、複数の単電池と、電流路と、電流制御手段と、を備える。複数の単電池は、互いに直列に接続されている。電流路は、複数の単電池の各々と並列に接続されている。電流制御手段は、電流路に流す電流を制御する。電流制御手段は、単電池の電圧がバランス動作開始電圧以上に上昇したときに、単電池の電圧とバランス動作開始電圧との差が大きいほど、電流路に流す電流を大きくする。このようにして、セル電圧バランス装置は、各単電池の電圧を均等化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２３８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したセル電圧バランス装置は、各単電池と並列に接続された電流路に流す電流を調節することにより、各単電池の特性のばらつきによる各単電池の電圧のばらつきを均等化する。このようなセル電圧バランス装置は、各単電池を定電流−定電圧方式により充電することを前提に設計されている。定電流−定電圧方式とは、各単電池に一定電流を供給して各単電池を所定電圧まで充電し、その後に各単電池に一定電圧を供給して各単電池を目標電圧まで充電する方式である。したがって、上述したセル電圧バランス装置は、例えば系統電源のように安定した電源からの電力により各単電池を充電する場合を想定して設計されているといえる。
【０００５】
しかしながら、電源の中には、発電電力が時間と共に変動する電源もある。例えば太陽電池により発電を行う太陽光発電システムは、日射量や気温、温度に応じて電流及び電圧が時々刻々と変化する。発電電力が時間と共に変動するこのような電源により各単電池を定電流−定電圧方式で充電することは難しい。したがって、太陽光発電システム等からの電力により各単電池を充電する場合においては、上述のセル電圧バランス装置には、各単電池の電圧を均等化するための時間が長くかかり、また、各単電池の電圧を十分に均等化させることが困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、発電電力が時間と共に変化する電源を用いる場合でも、各単電池を均等に充電することが可能な蓄電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る蓄電池装置は、互いに直列接続された複数の単電池と、前記複数の単電池の各々に並列に接続され、抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続されたスイッチング素子と、を有するバイパス回路と、を備える。前記抵抗素子の抵抗値と前記スイッチング素子の導通状態における抵抗値との合計値は、当該抵抗素子を有するバイパス回路に並列に接続された単電池の満充電時における電圧値を、前記単電池を充電する充電電流の最大値で除した値である。
【０００８】
この場合、単電池が満充電状態になると、単電池と並列に接続されたバイパス回路の両端間の電圧は、単電池の満充電時における電圧となる。ここで、バイパス回路が有する抵抗素子の抵抗値とスイッチング素子の導通状態における抵抗値との合計値は、単電池の満充電時における電圧値を、充電電流の最大値で除した値である。したがって、バイパス回路に流れる電流値は、単電池を充電する充電電流の最大値となる。このため、単電池に流れる電流はゼロとなり、単電池への充電が停止される。一方、単電池が満充電状態になっていない場合には、バイパス回路の両端間の電圧値は、単電池が満充電状態の場合と比べて小さくなる。したがって、バイパス回路に流れる電流が、単電池を充電する充電電流の最大値よりも小さくなる。このため、単電池に流れる電流がゼロでない正の値となり、単電池への充電が継続される。したがって、この蓄電池装置によれば、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、単電池の各々を満充電状態となるまで均等に充電することができる。
【０００９】
前記複数の単電池が太陽光発電システムにより充電されてもよい。この場合、発電電力が時間とともに変化する太陽光発電システムによって単電池が充電される。このため、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、単電池の各々を均等に充電することができるという本発明の効果が好適に発揮される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発電電力が時間と共に変化する電源を用いる場合でも、各単電池を均等に充電することが可能な蓄電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る蓄電池装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、実施形態に係る蓄電池装置１の構成を示す概略図である。蓄電池装置１は、正極端子１１と負極端子１２とを備える。蓄電池装置１を充電する際には、正極端子１１と負極端子１２との間に充電電源が接続される。本実施形態では、充電電源として、太陽光発電システムＳが用いられる。蓄電池装置１を放電させる際には、正極端子１１と負極端子１２との間に負荷（不図示）が接続される。
【００１４】
蓄電池装置１は、複数の単電池２と、複数のバイパス回路３と、複数の電圧センサ６と、複数の制御部７と、を備える。複数の単電池２は、互いに直列接続されている。複数の単電池２の各々には１個のバイパス回路３と１個の電圧センサ６とが並列に接続されている。複数の単電池２の各々には１個の制御部７が設けられている。本実施形態では、一例として図１に示すように単電池２、バイパス回路３、電圧センサ６、及び制御部７の組合せが、直列に３組接続されている。なお、正極端子１１と単電池２及びバイパス回路３との間に、単電池２から太陽光発電システムＳへの電流の逆流を防止するためのダイオードを挿入してもよい。
【００１５】
単電池２は、充電及び放電が可能な二次電池である。単電池２の例としては、リチウム電池、リチウムイオン電池等が挙げられる。複数の単電池２のうち最も高電位側に接続された単電池２の正極には、蓄電池装置１の正極端子１１が接続される。複数の単電池２のうち最も低電位側に接続された単電池２の負極には、蓄電池装置１の負極端子１２が接続される。
【００１６】
バイパス回路３は、複数の単電池２の各々に並列に接続されている。バイパス回路３は、抵抗素子４と、ＦＥＴ５（スイッチング素子）と、を有する。抵抗素子４とＦＥＴ５とは、直列に接続されている。ＦＥＴ５のゲート端子には、制御部７の出力端子が接続されている。
【００１７】
複数の制御部７のそれぞれは、複数の電圧センサ６のそれぞれと複数のＦＥＴ５のそれぞれとに接続されている。電圧センサ６は、当該電圧センサ６に並列に接続された単電池２の電圧を検出し、この電圧の情報を制御部７へ出力する。それぞれの制御部７は、個々に、当該電圧の情報に基づいてバイパス回路３のＦＥＴ５を導通状態又は遮断状態に制御する。
【００１８】
なお、スイッチング素子としては、ＦＥＴ５に代えて、バイポーラトランジスタ等を用いてもよい。スイッチング素子がバイポーラトランジスタである場合には、制御部７は、ベース電流を供給する。また、ＦＥＴ５を導通状態とした場合に、ＦＥＴ５のオン抵抗値（導通状態における抵抗値）は、抵抗素子４の抵抗値に比べて十分低くなるように設定される。
【００１９】
ここで、抵抗素子４の抵抗値とＦＥＴ５の導通状態における抵抗値との合計値は、当該抵抗素子４及び当該ＦＥＴ５を有するバイパス回路３に並列に接続された単電池２の満充電時における電圧値を、単電池２を充電する充電電流の最大値で除した値である。例えば、単電池２の満充電時における電圧値をＶｍとし、太陽光発電システムＳの最大出力電流値をＩｋとする。このとき、抵抗素子４の抵抗値とＦＥＴ５の導通状態における抵抗値との合計値をＲｖとすると、合計値Ｒｖは、次式（１）で表される。
Ｒｖ＝Ｖｍ／Ｉｋ  ・・・（１）
【００２０】
次に、上述した構成を有する蓄電池装置１における充電時の、単電池２及びバイパス回路３に流れる電流について説明する。今、太陽光発電システムＳが最大出力で発電を行い、最大出力電流値Ｉｋに等しい電流を出力していると仮定する。このとき、単電池２に流れる電流をＩ１とし、この単電池２に並列に接続されたバイパス回路３に流れる電流をＩ２とする。この場合、最大出力電流値Ｉｋは、次式（２）で表される。
Ｉｋ＝Ｉ１＋Ｉ２  ・・・（２）
【００２１】
このとき、単電池２の電圧をＶとすると、Ｖは、不等式（３）を満たす。
０≦Ｖ≦Ｖｍ  ・・・（３）
【００２２】
また、バイパス回路３の抵抗素子４及びＦＥＴ５におけるオームの法則から、次式（４）が成立する。
Ｉ２＝Ｖ／Ｒｖ＝（Ｉｋ／Ｖｍ）・Ｖ  ・・・（４）
【００２３】
したがって、単電池２が満充電状態となると、Ｖ＝Ｖｍとなるから、式（４）より、Ｉ２＝Ｉｋとなる。したがって、式（２）より、単電池２に流れる電流、即ち単電池２を充電する電流の電流値Ｉ１は、ゼロとなる。即ち、単電池２への充電が停止される。
【００２４】
一方、単電池２が満充電状態になっていない場合には、Ｖ＜Ｖｍであるから、式（４）より、Ｉ２＝（Ｉｋ／Ｖｍ）・Ｖ＜（Ｉｋ／Ｖｍ）・Ｖｍ＝Ｉｋとなる。このため、式（４）より、Ｉ１＝Ｉｋ−Ｉ２＞Ｉｋ−Ｉｋ＝０となり、単電池２に流れる電流の電流値Ｉ１がゼロでない正の値となる。即ち、単電池２への充電が継続される。
【００２５】
したがって、蓄電池装置１によれば、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、複数の単電池２の各々を満充電状態となるまで均等に充電することができる。
【００２６】
このように、蓄電池装置１によれば、単電池２が満充電状態になると、単電池２と並列に接続されたバイパス回路３の両端間の電圧は、単電池２の満充電時における電圧値Ｖｍとなる。ここで、バイパス回路３が有する抵抗素子４の抵抗値とＦＥＴ５の導通状態における抵抗値との合計値Ｒｖは、単電池２の満充電時における電圧値Ｖｍを、充電電流の最大値である最大出力電流値Ｉｋで除した値である。したがって、バイパス回路３に流れる電流値Ｉ２は、単電池２を充電する最大出力電流値Ｉｋとなる。このため、単電池２に流れる電流はゼロとなり、単電池２への充電が停止される。一方、単電池２が満充電状態になっていない場合には、バイパス回路３の両端間の電圧値Ｖは、単電池２が満充電状態の場合と比べて小さくなる。したがって、バイパス回路に流れる電流の電流値Ｉ２が、単電池２を充電する充電電流の最大値である最大出力電流値Ｉｋよりも小さくなる。このため、単電池２に流れる電流の電流値Ｉ１がゼロでない正の値となり、単電池２への充電が継続される。したがって、この蓄電池装置１によれば、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、単電池２の各々を満充電状態となるまで均等に充電することができる。
【００２７】
特に、本実施形態では、単電池２が太陽光発電システムＳにより充電される。このため、発電電力が時間とともに変化する電源を用いる場合であっても、単電池２の各々を均等に充電することができるという本実施形態の効果が好適に発揮される。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、蓄電池装置１を充電するための電源として、太陽光発電システムＳに代えて、各種の直流電源を用いてもよい。例えば風力発電等、太陽電池以外の他の発電システムにも、本実施形態に係る技術が利用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１…蓄電池装置、２…単電池、３…バイパス回路、４…抵抗素子、５…ＦＥＴ（スイッチング素子）、Ｉｋ…最大出力電流値（単電池を充電する充電電流の最大値）、Ｒｖ…抵抗素子４の抵抗値とＦＥＴ５の導通状態における抵抗値との合計値、Ｖｍ…単電池２の満充電時における電圧値。
【図１】
2016041000.tif 000003