残容量調整装置
【課題】複数の二次電池セルを組み合わせた二次電池装置に、二次電池セルを取り付ける際の安定性を高める。
【解決手段】第１残容量取得部５１０は、複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態で、残りの二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する。第２残容量取得部５２０は、取り外された位置に取り付けるべき二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する。充放電制御部５３０は、第１残容量取得部５１０により取得された残容量と、第２残容量取得部５２０により取得された残容量とが対応するよう、二次電池装置１００の充放電回路２５０に残りの二次電池セルを充電または放電させる。
【解決手段】第１残容量取得部５１０は、複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態で、残りの二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する。第２残容量取得部５２０は、取り外された位置に取り付けるべき二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する。充放電制御部５３０は、第１残容量取得部５１０により取得された残容量と、第２残容量取得部５２０により取得された残容量とが対応するよう、二次電池装置１００の充放電回路２５０に残りの二次電池セルを充電または放電させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の二次電池セルを含む二次電池装置の残容量調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量の二次電池（蓄電池ともいう）の需要が拡大している。とくに、電気自動車、ハイブリット車（プラグインハイブリッド車を含む）などの自動車用途や、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーにもとづき発電された電力を蓄積する蓄電用途が拡大している。また、事業用だけでなく家庭用の蓄電システムも実用化されている。
【０００３】
二次電池を大容量化するには、複数の二次電池セルを組み合わせて使用する必要がある。容量を増大するためには、直列接続より並列接続のほうが有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５９６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の二次電池セルが並列接続されて構成された二次電池装置において、二つの二次電池セル間に電位差が生じると二次電池セル間に電流が流れる。この電流が大電流の場合、大電流が流入した二次電池セルに不具合が発生する可能性がある。一般に、二次電池セルは過充電されると寿命が短くなる。ある二次電池セルを交換する際、新しく取り付けた二次電池セルと、既存の二次電池セルとの間に電位差がある場合、取り付けた瞬間に突入電流が発生する。この突入電流は二次電池セル間の電位差が大きいほど大きくなる。
【０００６】
電池は残容量が減少するにしたがい電圧が低下する性質を持つ。したがって、新しく取り付ける二次電池セルの残容量と、既存の二次電池セルの残容量とに差があると、二次電池セル間に電位差が生じることになる。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、複数の二次電池セルを組み合わせた二次電池装置に、二次電池セルを取り付ける際の安全性を高める技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様の残容量調整装置は、複数の二次電池セルが並列接続された二次電池装置の残容量調整装置であって、複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態で、残りの二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する第１残容量取得部と、取り外された位置に取り付けるべき二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する第２残容量取得部と、第１残容量取得部により取得された残容量と、第２残容量取得部により取得された残容量とが対応するよう、二次電池装置の充放電回路に残りの二次電池セルを充電または放電させる充放電制御部と、を備える。
【０００９】
本発明の別の態様もまた、残容量調整装置である。この装置は、複数の二次電池セルが並列接続された二次電池装置の残容量を調整するための残容量調整装置であって、負荷を備える。負荷は、複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態において、その位置に二次電池セルが取り付けられる際、その二次電池セルと、その二次電池セルと並列関係にある二次電池セルとの電流路に挿入される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の二次電池セルを組み合わせた二次電池装置に、二次電池セルを取り付ける際の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る二次電池装置の残容量調整装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る二次電池装置の残容量調整装置を説明するための図である（通常時）。
【図３】本発明の実施の形態２に係る二次電池装置の残容量調整装置を説明するための図である（交換時）。
【図４】本発明の実施の形態２に係る残容量調整装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の変化例に係る、二次電池装置の残容量調整装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１に係る二次電池装置１００の残容量調整装置５００を説明するための図である。図１に示す二次電池装置１００は、３つの二次電池セル（第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１）が並列接続されて構成される。第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極は結合され、充放電回路２５０に接続される。また、第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の負極はグラウンドに接続される。
【００１３】
並列接続される二次電池セルの数は任意であり、設計者により決定される。二次電池セルにはリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などを採用できる。本明細書ではリチウムイオン電池を採用する例を説明する。
【００１４】
第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１のそれぞれには、第１残容量計２１、第２残容量計２２および第３残容量計２３が接続される。二次電池の残容量は、二次電池の両端電圧から推定できる。したがって、残容量計をシンプルに構成するには電圧計があれば足りる。
【００１５】
ただし、電池の残容量−電圧特性はキャパシタのように線形なものではない。電池は内部インピーダンスが大きく、内部インピーダンスは温度や電流により変化するため、高精度に電池の残容量を検出するためには、電圧だけでなく、温度や電流も計測し、それらの値から所定のアルゴリズムにより残容量を計算するとよい。また、二次電池は充放電回数が増えるにしたがい満充電容量が低下していくため、その低下分を反映したアルゴリズムを採用すると、より高精度に残容量を計算できる。
【００１６】
図１では二次電池装置１００を蓄電システムに適用する例を描いている。当該蓄電システムは、二次電池装置１００、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２００および充放電回路２５０を備える。
【００１７】
双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２００は、需要家構内の電力線と充放電回路２５０との間に接続される。双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２００は、電力系統３００から供給される交流電力を直流電力に変換する。充放電回路２５０はこの直流電力を二次電池装置１００に充電する。また、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２００は、充放電回路２５０により二次電池装置１００から放電された直流電力を交流電力に変換し、需要家構内の電力線に出力する。この交流電力は、需要家構内の負荷４００で消費される。
【００１８】
本実施の形態では、並列接続された複数の二次電池セルのいずれかを交換する場面を考える。図１では、第１二次電池セルＳ１１が交換される例を描いている。作業員は既存の第１二次電池セルＳ１１を取り外し、新たな第１二次電池セルＳ１１を、取り外された位置（図１では、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間）に取り付ける。その際、残容量調整装置５００を使用する。本実施の形態では、残容量調整装置５００は作業員により持ち運ばれる装置（たとえば、ノート型またはタブレット型のＰＣ）であるとする。なお、残容量調整装置５００は二次電池装置１００の専用のコントローラであってもよい。
【００１９】
作業員は、残容量調整装置５００と各残容量計２１、２２、２３とを有線または無線ネットワークにより接続する。たとえば、バス型のネットワークを形成し、ＲＳ−４８５にしたがい残容量調整装置５００と各残容量計２１、２２、２３との間でシリアル通信してもよい。作業員は、このようなネットワーク環境を、新たな第１二次電池セルＳ１１を二次電池装置１００に取り付ける前に構築する。第１残容量計２１は新たな第１二次電池セルＳ１１に取り付けられる。また、作業員は残容量調整装置５００と充放電回路２５０とを有線または無線の信号線により接続する。
【００２０】
残容量調整装置５００は、第１残容量取得部５１０、第２残容量取得部５２０および充放電制御部５３０を備える。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２１】
第１残容量取得部５１０は、並列接続された複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態（図１では、第１二次電池セルＳ１１が取り外れた状態）で、残りの二次電池セル（図１では、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１）の残容量を当該二次電池セルの残容量計（図１では、第２残容量計２２および第３残容量計２３）から取得する。
【００２２】
第２残容量取得部５２０は、取り外された位置に取り付けるべき二次電池セル（図１では、第１二次電池セルＳ１１）の残容量を当該二次電池セルの残容量計（図１では、第１残容量計２１）から取得する。
【００２３】
充放電制御部５３０は、第１残容量取得部５１０により取得された残容量と、第２残容量取得部５２０により取得された残容量とが対応または実質的に一致するよう、二次電池装置１００の充放電回路２５０に残りの二次電池セルを充電または放電させる。図１では、充放電制御部５３０は、第１二次電池セルＳ１１の残容量と、第２二次電池セルＳ２１の残容量および第３二次電池セルＳ３１の残容量のそれぞれとが実質的に一致するよう、充放電回路２５０に充電指示信号または放電指示信号を送出する。
【００２４】
通常、第２二次電池セルＳ２１の残容量と第３二次電池セルＳ３１の残容量とは、ほぼ一致している。また、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１は満充電状態ではないことが多いため、満充電状態の新たな第１二次電池セルＳ１１が取り付けられると、第１二次電池セルＳ１１から第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に電流が流れる。
【００２５】
そこで、第１二次電池セルＳ１１を取り付ける前に、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１を充電して満充電状態にすることにより、第１二次電池セルＳ１１の電圧と第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の電圧とを一致させる。または、両者の電圧をできるだけ近づける。その後、作業員が第１二次電池セルＳ１１を取り付けることにより、第１二次電池セルＳ１１から第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に流れる電流を抑制できる。
【００２６】
また、取り付けられる第１二次電池セルＳ１１の残容量が自己放電などにより低下している場合がある。この場合、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の残容量のほうが、第１二次電池セルＳ１１の残容量より大きい場合がある。この場合、第１二次電池セルＳ１１を取り付ける前に、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１を放電して、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の残容量を第１二次電池セルＳ１１の残容量に一致またはできるだけ近づける。その後、作業員が第１二次電池セルＳ１１を取り付けることにより、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１から第１二次電池セルＳ１１に流れる電流を抑制できる。
【００２７】
以上説明したように実施の形態１によれば、二次電池装置１００のいずれかの二次電池セルを交換する際、取り付けるべき二次電池セルの残容量と、既存の二次電池セルの残容量とが一致するよう既存の二次電池セルを充電または放電することにより、新たな二次電池セルを取り付ける際の安全性を高めることができる。すなわち、新たな二次電池セルを取り付ける際の大きな突入電流の発生を抑制できる。また、残容量調整装置５００を持ち運びが容易なノート型ＰＣなどで構成することにより、作業員の持ち運びの負担を軽減できる。
【００２８】
図２、３は、本発明の実施の形態２に係る二次電池装置１００の残容量調整装置６００を説明するための図である。図２、３に示す二次電池装置１００は、図１に示す二次電池装置１００と同様に、３つの二次電池セル（第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１）が並列接続されて構成される。図２、３でも、図１と同様に二次電池装置１００を蓄電システムに適用する例を描いている。蓄積システムの構成は、実施の形態１と実施の形態２とで共通であるため、その説明を省略する。
【００２９】
実施の形態２でも、並列接続された複数の二次電池セルの第１二次電池セルＳ１１を交換する場面を考える。実施の形態２では残容量計は基本的に必要ないので図に描いていない。図２は、第１二次電池セルＳ１１が取り外される前の通常状態を示している。図３は、既存の第１二次電池セルＳ１１が取り外され、新たな第１二次電池セルＳ１１が取り付けられる交換時の状態を示している。
【００３０】
図２に示すように通常状態では、第１二次電池セルＳ１１の正極と、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極との経路中に設置された第３端子Ｔ３および第４端子Ｔ４との間は短絡されている。なお、図示しないが第３端子Ｔ３および第４端子Ｔ４は、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極側にも設けられる。
【００３１】
図３に示すように、作業員は既存の第１二次電池セルＳ１１を取り外し、新たな第１二次電池セルＳ１１を、取り外された位置（すなわち、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間）に取り付ける際、その第１二次電池セルＳ１１の正極と、取り外されていない第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極との間（すなわち、第３端子Ｔ３と第４端子Ｔ４との間）に、着脱自在で可搬型の残容量調整装置６００を接続する。その後、第１二次電池セルＳ１１を第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に接続する。
【００３２】
残容量調整装置６００は負荷６５０を備える。負荷６５０の両端はそれぞれ第３端子Ｔ３と第４端子Ｔ４に電気的に接続される。通常、第２二次電池セルＳ２１の残容量と第３二次電池セルＳ３１の残容量とは、ほぼ一致している。また、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１は満充電状態ではないことが多いため、満充電状態の新たな第１二次電池セルＳ１１を取り付けると、第１二次電池セルＳ１１から第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に電流が流れようとする。
【００３３】
実施の形態２では第１二次電池セルＳ１１と、第２二次電池セルＳ２１および第２二次電池セルＳ２１との間に負荷６５０が接続されているため、第１二次電池セルＳ１１に発生する電力は負荷６５０により消費される。したがって、第１二次電池セルＳ１１から第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に流れる電流を抑制できる。
【００３４】
また、取り付けられる第１二次電池セルＳ１１の残容量が自己放電などにより低下している場合がある。この場合、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の残容量のほうが、第１二次電池セルＳ１１の残容量より大きい場合がある。この場合も、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に発生する電力は負荷６５０により消費される。したがって、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１から第１二次電池セルＳ１１に流れる電流を抑制できる。
【００３５】
作業員は、取り付けられた第１二次電池セルＳ１１の残容量と、取り外されていない第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の残容量のそれぞれとが対応または実質的に一致すると、残容量調整装置６００を取り外し、第３端子Ｔ３と第４端子Ｔ４との間を短絡させる。すなわち、図２の状態に戻す。作業員は負荷６５０に電流が流れているか否かを検出するための図示しない電流計の値を確認することにより、上述の残容量が実質的に一致したか否かを判断できる。負荷６５０に電流が流れなくなると、上述の残容量が実質的に一致したと判断できる。また、図１に示したように、各二次電池セルに残容量計を接続して、各二次電池セルの残容量を確認してもよい。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態２に係る残容量調整装置６００の構成例を示す。残容量調整装置６００は、負荷６５０としてヒータ６５０Ａおよびファン６５０Ｂを備える。ヒータ６５０Ａおよびファン６５０Ｂは直列または並列に接続される。図４では直列に接続される例を描いている。ファン６５０Ｂおよびヒータ６５０Ａは、筐体に、ファン６５０Ｂがヒータ６５０Ａに送風する位置関係で固定されていてもよい。また、ファン６５０Ｂおよびヒータ６５０Ａは筐体に固定されず、作業員が任意に配置を変えることができてもよい。
【００３７】
以上説明したように実施の形態２によれば、二次電池装置１００のいずれかの二次電池セルを交換する際、取り付けるべき二次電池セルと、既存の二次電池セルとの間に負荷６５０を接続することにより、新たな二次電池セルを取り付ける際の安全性を高めることができる。すなわち、新たな二次電池セルを取り付ける際の大きな突入電流の発生を抑制できる。また、各二次電池セルの残容量を計測する必要がないため残容量計が必要ない。残容量計から残容量を取得しない構成では、作業員による配線作業が軽減される。
【００３８】
また、ヒータ６５０Ａに加えてファン６５０Ｂを用いることにより、ファン６５０Ｂ自身で電力を消費するとともにヒータ６５０Ａの温度を下げることができ、残容量調整装置６００の安全性を高めることができる。
【００３９】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４０】
図５は、本発明の実施の形態１の変化例に係る、二次電池装置１００の残容量調整装置５００を説明するための図である。図１では説明を単純化するために、二次電池装置１００を、複数の二次電池セルの並列接続で構成する例を挙げたが、図５では二次電池装置１００を、複数の二次電池セルがそれぞれ直列接続された複数の直列回路の並列接続で構成する例を挙げる。
【００４１】
図５に示す例では、二次電池セルを２つ直列接続した直列回路が３つ設けられ、その３つの直列回路が並列接続される。第１直列回路は、第１二次電池セルＳ１１および第４二次電池セルＳ１２が直列接続されて構成される。第２直列回路は、第２二次電池セルＳ２１および第５二次電池セルＳ２２が直列接続されて構成される。第３直列回路は、第３二次電池セルＳ３１および第６二次電池セルＳ３２が直列接続されて構成される。
【００４２】
各直列回路の正極（図５では、第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極）は結合され充放電回路２５０に接続される。また、各直列回路の負極（図５では、第４二次電池セルＳ１２、第５二次電池セルＳ２２および第６二次電池セルＳ３２の負極）はグラウンドに接続される。各直列回路に含まれる二次電池セルの数、および並列接続される直列回路の数は任意であり、設計者により決定される。
【００４３】
第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１、第３二次電池セルＳ３１、第４二次電池セルＳ１２、第５二次電池セルＳ２２および第６二次電池セルＳ３２のそれぞれには、第１残容量計２１、第２残容量計２２、第３残容量計２３、第４残容量計２４、第５残容量計２５および第６残容量計２６が接続される。
【００４４】
第１残容量取得部５１０は、複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態（図５では、第１二次電池セルＳ１１が取り外れた状態）で、その二次電池が属する直列回路以外の直列回路に属する二次電池セル（図５では、第２二次電池セルＳ２１、第５二次電池セルＳ２２、第３二次電池セルＳ３１および第６二次電池セルＳ３２）の残容量を当該二次電池セルの残容量計（図５では、第２残容量計２２、第３残容量計２３、第５残容量計２５および第６残容量計２６）から取得する。
【００４５】
第２残容量取得部５２０は、取り外された位置に取り付けるべき二次電池セル（図５では、第１二次電池セルＳ１１）および当該二次電池セルが属する直列回路の残りの二次電池セル（図５では第４二次電池セルＳ１２）の残容量を当該二次電池セルの残容量計（図５では、第１残容量計２１および第４残容量計２４）から取得する。
【００４６】
充放電制御部５３０は、第１残容量取得部５１０により取得された残容量を直列回路ごとに合計するとともに、第１残容量取得部５１０により取得された残容量を合計する。充放電制御部５３０は、各直列回路の残容量の合計が対応または実質的に一致するよう、二次電池装置１００の充放電回路２５０に、新たに取り付けられる二次電池セルが属さない直列回路に属する二次電池セルを充電または放電させる。
【００４７】
なお、取り付けるべき二次電池セルの段以外の段では、その段に属する複数の二次電池セルの残容量が等しいとみなしてもよい。この場合、充放電制御部５３０は、取り付けられた二次電池セルの残容量と、その段に属する他の二次電池セルの残容量が対応または実質的に一致するよう、二次電池装置１００の充放電回路２５０に、他の二次電池セル（より厳密にはその二次電池が属する直接回路）を充電または放電させる。
【００４８】
以上説明したように本変形例によれば、実施の形態１に係る残容量調整装置５００による残容量調整を、複数の二次電池セルが直列接続された直列回路の並列接続にも拡張できる。なお、実施の形態２に係る残容量調整装置６００による残容量調整を、複数の二次電池セルが直列接続された直列回路の並列接続に拡張するのは容易である。取り付けるべき二次電池セルが属する直列回路の正極と、その二次電池セルが属さない直列回路の正極との間に、残容量調整装置６００を接続すればよい。
【符号の説明】
【００４９】
１００ 二次電池装置、 Ｓ１１ 第１二次電池セル、 Ｓ１２ 第４二次電池セル、 Ｓ２１ 第２二次電池セル、 Ｓ２２ 第５二次電池セル、 Ｓ３１ 第３二次電池セル、 Ｓ３２ 第６二次電池セル、 Ｔ１ 第１端子、 Ｔ２ 第２端子、 Ｔ３ 第３端子、 Ｔ４ 第４端子、 ２１ 第１残容量計、 ２２ 第２残容量計、 ２３ 第３残容量計、 ２４ 第４残容量計、 ２５ 第５残容量計、 ２６ 第６残容量計、 ２００ 双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ、 ２５０ 充放電回路、 ３００ 電力系統、 ４００ 負荷、 ５００ 残容量調整装置、 ５１０ 第１残容量取得部、 ５２０ 第２残容量取得部、 ５３０ 充放電制御部、 ６００ 残容量調整装置、 ６５０ 負荷、 ６５０Ａ ヒータ、 ６５０Ｂ ファン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の二次電池セルを含む二次電池装置の残容量調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量の二次電池（蓄電池ともいう）の需要が拡大している。とくに、電気自動車、ハイブリット車（プラグインハイブリッド車を含む）などの自動車用途や、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーにもとづき発電された電力を蓄積する蓄電用途が拡大している。また、事業用だけでなく家庭用の蓄電システムも実用化されている。
【０００３】
二次電池を大容量化するには、複数の二次電池セルを組み合わせて使用する必要がある。容量を増大するためには、直列接続より並列接続のほうが有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５９６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の二次電池セルが並列接続されて構成された二次電池装置において、二つの二次電池セル間に電位差が生じると二次電池セル間に電流が流れる。この電流が大電流の場合、大電流が流入した二次電池セルに不具合が発生する可能性がある。一般に、二次電池セルは過充電されると寿命が短くなる。ある二次電池セルを交換する際、新しく取り付けた二次電池セルと、既存の二次電池セルとの間に電位差がある場合、取り付けた瞬間に突入電流が発生する。この突入電流は二次電池セル間の電位差が大きいほど大きくなる。
【０００６】
電池は残容量が減少するにしたがい電圧が低下する性質を持つ。したがって、新しく取り付ける二次電池セルの残容量と、既存の二次電池セルの残容量とに差があると、二次電池セル間に電位差が生じることになる。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、複数の二次電池セルを組み合わせた二次電池装置に、二次電池セルを取り付ける際の安全性を高める技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様の残容量調整装置は、複数の二次電池セルが並列接続された二次電池装置の残容量調整装置であって、複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態で、残りの二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する第１残容量取得部と、取り外された位置に取り付けるべき二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する第２残容量取得部と、第１残容量取得部により取得された残容量と、第２残容量取得部により取得された残容量とが対応するよう、二次電池装置の充放電回路に残りの二次電池セルを充電または放電させる充放電制御部と、を備える。
【０００９】
本発明の別の態様もまた、残容量調整装置である。この装置は、複数の二次電池セルが並列接続された二次電池装置の残容量を調整するための残容量調整装置であって、負荷を備える。負荷は、複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態において、その位置に二次電池セルが取り付けられる際、その二次電池セルと、その二次電池セルと並列関係にある二次電池セルとの電流路に挿入される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の二次電池セルを組み合わせた二次電池装置に、二次電池セルを取り付ける際の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る二次電池装置の残容量調整装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る二次電池装置の残容量調整装置を説明するための図である（通常時）。
【図３】本発明の実施の形態２に係る二次電池装置の残容量調整装置を説明するための図である（交換時）。
【図４】本発明の実施の形態２に係る残容量調整装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の変化例に係る、二次電池装置の残容量調整装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１に係る二次電池装置１００の残容量調整装置５００を説明するための図である。図１に示す二次電池装置１００は、３つの二次電池セル（第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１）が並列接続されて構成される。第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極は結合され、充放電回路２５０に接続される。また、第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の負極はグラウンドに接続される。
【００１３】
並列接続される二次電池セルの数は任意であり、設計者により決定される。二次電池セルにはリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などを採用できる。本明細書ではリチウムイオン電池を採用する例を説明する。
【００１４】
第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１のそれぞれには、第１残容量計２１、第２残容量計２２および第３残容量計２３が接続される。二次電池の残容量は、二次電池の両端電圧から推定できる。したがって、残容量計をシンプルに構成するには電圧計があれば足りる。
【００１５】
ただし、電池の残容量−電圧特性はキャパシタのように線形なものではない。電池は内部インピーダンスが大きく、内部インピーダンスは温度や電流により変化するため、高精度に電池の残容量を検出するためには、電圧だけでなく、温度や電流も計測し、それらの値から所定のアルゴリズムにより残容量を計算するとよい。また、二次電池は充放電回数が増えるにしたがい満充電容量が低下していくため、その低下分を反映したアルゴリズムを採用すると、より高精度に残容量を計算できる。
【００１６】
図１では二次電池装置１００を蓄電システムに適用する例を描いている。当該蓄電システムは、二次電池装置１００、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２００および充放電回路２５０を備える。
【００１７】
双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２００は、需要家構内の電力線と充放電回路２５０との間に接続される。双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２００は、電力系統３００から供給される交流電力を直流電力に変換する。充放電回路２５０はこの直流電力を二次電池装置１００に充電する。また、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２００は、充放電回路２５０により二次電池装置１００から放電された直流電力を交流電力に変換し、需要家構内の電力線に出力する。この交流電力は、需要家構内の負荷４００で消費される。
【００１８】
本実施の形態では、並列接続された複数の二次電池セルのいずれかを交換する場面を考える。図１では、第１二次電池セルＳ１１が交換される例を描いている。作業員は既存の第１二次電池セルＳ１１を取り外し、新たな第１二次電池セルＳ１１を、取り外された位置（図１では、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間）に取り付ける。その際、残容量調整装置５００を使用する。本実施の形態では、残容量調整装置５００は作業員により持ち運ばれる装置（たとえば、ノート型またはタブレット型のＰＣ）であるとする。なお、残容量調整装置５００は二次電池装置１００の専用のコントローラであってもよい。
【００１９】
作業員は、残容量調整装置５００と各残容量計２１、２２、２３とを有線または無線ネットワークにより接続する。たとえば、バス型のネットワークを形成し、ＲＳ−４８５にしたがい残容量調整装置５００と各残容量計２１、２２、２３との間でシリアル通信してもよい。作業員は、このようなネットワーク環境を、新たな第１二次電池セルＳ１１を二次電池装置１００に取り付ける前に構築する。第１残容量計２１は新たな第１二次電池セルＳ１１に取り付けられる。また、作業員は残容量調整装置５００と充放電回路２５０とを有線または無線の信号線により接続する。
【００２０】
残容量調整装置５００は、第１残容量取得部５１０、第２残容量取得部５２０および充放電制御部５３０を備える。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２１】
第１残容量取得部５１０は、並列接続された複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態（図１では、第１二次電池セルＳ１１が取り外れた状態）で、残りの二次電池セル（図１では、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１）の残容量を当該二次電池セルの残容量計（図１では、第２残容量計２２および第３残容量計２３）から取得する。
【００２２】
第２残容量取得部５２０は、取り外された位置に取り付けるべき二次電池セル（図１では、第１二次電池セルＳ１１）の残容量を当該二次電池セルの残容量計（図１では、第１残容量計２１）から取得する。
【００２３】
充放電制御部５３０は、第１残容量取得部５１０により取得された残容量と、第２残容量取得部５２０により取得された残容量とが対応または実質的に一致するよう、二次電池装置１００の充放電回路２５０に残りの二次電池セルを充電または放電させる。図１では、充放電制御部５３０は、第１二次電池セルＳ１１の残容量と、第２二次電池セルＳ２１の残容量および第３二次電池セルＳ３１の残容量のそれぞれとが実質的に一致するよう、充放電回路２５０に充電指示信号または放電指示信号を送出する。
【００２４】
通常、第２二次電池セルＳ２１の残容量と第３二次電池セルＳ３１の残容量とは、ほぼ一致している。また、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１は満充電状態ではないことが多いため、満充電状態の新たな第１二次電池セルＳ１１が取り付けられると、第１二次電池セルＳ１１から第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に電流が流れる。
【００２５】
そこで、第１二次電池セルＳ１１を取り付ける前に、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１を充電して満充電状態にすることにより、第１二次電池セルＳ１１の電圧と第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の電圧とを一致させる。または、両者の電圧をできるだけ近づける。その後、作業員が第１二次電池セルＳ１１を取り付けることにより、第１二次電池セルＳ１１から第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に流れる電流を抑制できる。
【００２６】
また、取り付けられる第１二次電池セルＳ１１の残容量が自己放電などにより低下している場合がある。この場合、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の残容量のほうが、第１二次電池セルＳ１１の残容量より大きい場合がある。この場合、第１二次電池セルＳ１１を取り付ける前に、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１を放電して、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の残容量を第１二次電池セルＳ１１の残容量に一致またはできるだけ近づける。その後、作業員が第１二次電池セルＳ１１を取り付けることにより、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１から第１二次電池セルＳ１１に流れる電流を抑制できる。
【００２７】
以上説明したように実施の形態１によれば、二次電池装置１００のいずれかの二次電池セルを交換する際、取り付けるべき二次電池セルの残容量と、既存の二次電池セルの残容量とが一致するよう既存の二次電池セルを充電または放電することにより、新たな二次電池セルを取り付ける際の安全性を高めることができる。すなわち、新たな二次電池セルを取り付ける際の大きな突入電流の発生を抑制できる。また、残容量調整装置５００を持ち運びが容易なノート型ＰＣなどで構成することにより、作業員の持ち運びの負担を軽減できる。
【００２８】
図２、３は、本発明の実施の形態２に係る二次電池装置１００の残容量調整装置６００を説明するための図である。図２、３に示す二次電池装置１００は、図１に示す二次電池装置１００と同様に、３つの二次電池セル（第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１）が並列接続されて構成される。図２、３でも、図１と同様に二次電池装置１００を蓄電システムに適用する例を描いている。蓄積システムの構成は、実施の形態１と実施の形態２とで共通であるため、その説明を省略する。
【００２９】
実施の形態２でも、並列接続された複数の二次電池セルの第１二次電池セルＳ１１を交換する場面を考える。実施の形態２では残容量計は基本的に必要ないので図に描いていない。図２は、第１二次電池セルＳ１１が取り外される前の通常状態を示している。図３は、既存の第１二次電池セルＳ１１が取り外され、新たな第１二次電池セルＳ１１が取り付けられる交換時の状態を示している。
【００３０】
図２に示すように通常状態では、第１二次電池セルＳ１１の正極と、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極との経路中に設置された第３端子Ｔ３および第４端子Ｔ４との間は短絡されている。なお、図示しないが第３端子Ｔ３および第４端子Ｔ４は、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極側にも設けられる。
【００３１】
図３に示すように、作業員は既存の第１二次電池セルＳ１１を取り外し、新たな第１二次電池セルＳ１１を、取り外された位置（すなわち、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間）に取り付ける際、その第１二次電池セルＳ１１の正極と、取り外されていない第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極との間（すなわち、第３端子Ｔ３と第４端子Ｔ４との間）に、着脱自在で可搬型の残容量調整装置６００を接続する。その後、第１二次電池セルＳ１１を第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に接続する。
【００３２】
残容量調整装置６００は負荷６５０を備える。負荷６５０の両端はそれぞれ第３端子Ｔ３と第４端子Ｔ４に電気的に接続される。通常、第２二次電池セルＳ２１の残容量と第３二次電池セルＳ３１の残容量とは、ほぼ一致している。また、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１は満充電状態ではないことが多いため、満充電状態の新たな第１二次電池セルＳ１１を取り付けると、第１二次電池セルＳ１１から第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に電流が流れようとする。
【００３３】
実施の形態２では第１二次電池セルＳ１１と、第２二次電池セルＳ２１および第２二次電池セルＳ２１との間に負荷６５０が接続されているため、第１二次電池セルＳ１１に発生する電力は負荷６５０により消費される。したがって、第１二次電池セルＳ１１から第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に流れる電流を抑制できる。
【００３４】
また、取り付けられる第１二次電池セルＳ１１の残容量が自己放電などにより低下している場合がある。この場合、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の残容量のほうが、第１二次電池セルＳ１１の残容量より大きい場合がある。この場合も、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１に発生する電力は負荷６５０により消費される。したがって、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１から第１二次電池セルＳ１１に流れる電流を抑制できる。
【００３５】
作業員は、取り付けられた第１二次電池セルＳ１１の残容量と、取り外されていない第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の残容量のそれぞれとが対応または実質的に一致すると、残容量調整装置６００を取り外し、第３端子Ｔ３と第４端子Ｔ４との間を短絡させる。すなわち、図２の状態に戻す。作業員は負荷６５０に電流が流れているか否かを検出するための図示しない電流計の値を確認することにより、上述の残容量が実質的に一致したか否かを判断できる。負荷６５０に電流が流れなくなると、上述の残容量が実質的に一致したと判断できる。また、図１に示したように、各二次電池セルに残容量計を接続して、各二次電池セルの残容量を確認してもよい。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態２に係る残容量調整装置６００の構成例を示す。残容量調整装置６００は、負荷６５０としてヒータ６５０Ａおよびファン６５０Ｂを備える。ヒータ６５０Ａおよびファン６５０Ｂは直列または並列に接続される。図４では直列に接続される例を描いている。ファン６５０Ｂおよびヒータ６５０Ａは、筐体に、ファン６５０Ｂがヒータ６５０Ａに送風する位置関係で固定されていてもよい。また、ファン６５０Ｂおよびヒータ６５０Ａは筐体に固定されず、作業員が任意に配置を変えることができてもよい。
【００３７】
以上説明したように実施の形態２によれば、二次電池装置１００のいずれかの二次電池セルを交換する際、取り付けるべき二次電池セルと、既存の二次電池セルとの間に負荷６５０を接続することにより、新たな二次電池セルを取り付ける際の安全性を高めることができる。すなわち、新たな二次電池セルを取り付ける際の大きな突入電流の発生を抑制できる。また、各二次電池セルの残容量を計測する必要がないため残容量計が必要ない。残容量計から残容量を取得しない構成では、作業員による配線作業が軽減される。
【００３８】
また、ヒータ６５０Ａに加えてファン６５０Ｂを用いることにより、ファン６５０Ｂ自身で電力を消費するとともにヒータ６５０Ａの温度を下げることができ、残容量調整装置６００の安全性を高めることができる。
【００３９】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４０】
図５は、本発明の実施の形態１の変化例に係る、二次電池装置１００の残容量調整装置５００を説明するための図である。図１では説明を単純化するために、二次電池装置１００を、複数の二次電池セルの並列接続で構成する例を挙げたが、図５では二次電池装置１００を、複数の二次電池セルがそれぞれ直列接続された複数の直列回路の並列接続で構成する例を挙げる。
【００４１】
図５に示す例では、二次電池セルを２つ直列接続した直列回路が３つ設けられ、その３つの直列回路が並列接続される。第１直列回路は、第１二次電池セルＳ１１および第４二次電池セルＳ１２が直列接続されて構成される。第２直列回路は、第２二次電池セルＳ２１および第５二次電池セルＳ２２が直列接続されて構成される。第３直列回路は、第３二次電池セルＳ３１および第６二次電池セルＳ３２が直列接続されて構成される。
【００４２】
各直列回路の正極（図５では、第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１および第３二次電池セルＳ３１の正極）は結合され充放電回路２５０に接続される。また、各直列回路の負極（図５では、第４二次電池セルＳ１２、第５二次電池セルＳ２２および第６二次電池セルＳ３２の負極）はグラウンドに接続される。各直列回路に含まれる二次電池セルの数、および並列接続される直列回路の数は任意であり、設計者により決定される。
【００４３】
第１二次電池セルＳ１１、第２二次電池セルＳ２１、第３二次電池セルＳ３１、第４二次電池セルＳ１２、第５二次電池セルＳ２２および第６二次電池セルＳ３２のそれぞれには、第１残容量計２１、第２残容量計２２、第３残容量計２３、第４残容量計２４、第５残容量計２５および第６残容量計２６が接続される。
【００４４】
第１残容量取得部５１０は、複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態（図５では、第１二次電池セルＳ１１が取り外れた状態）で、その二次電池が属する直列回路以外の直列回路に属する二次電池セル（図５では、第２二次電池セルＳ２１、第５二次電池セルＳ２２、第３二次電池セルＳ３１および第６二次電池セルＳ３２）の残容量を当該二次電池セルの残容量計（図５では、第２残容量計２２、第３残容量計２３、第５残容量計２５および第６残容量計２６）から取得する。
【００４５】
第２残容量取得部５２０は、取り外された位置に取り付けるべき二次電池セル（図５では、第１二次電池セルＳ１１）および当該二次電池セルが属する直列回路の残りの二次電池セル（図５では第４二次電池セルＳ１２）の残容量を当該二次電池セルの残容量計（図５では、第１残容量計２１および第４残容量計２４）から取得する。
【００４６】
充放電制御部５３０は、第１残容量取得部５１０により取得された残容量を直列回路ごとに合計するとともに、第１残容量取得部５１０により取得された残容量を合計する。充放電制御部５３０は、各直列回路の残容量の合計が対応または実質的に一致するよう、二次電池装置１００の充放電回路２５０に、新たに取り付けられる二次電池セルが属さない直列回路に属する二次電池セルを充電または放電させる。
【００４７】
なお、取り付けるべき二次電池セルの段以外の段では、その段に属する複数の二次電池セルの残容量が等しいとみなしてもよい。この場合、充放電制御部５３０は、取り付けられた二次電池セルの残容量と、その段に属する他の二次電池セルの残容量が対応または実質的に一致するよう、二次電池装置１００の充放電回路２５０に、他の二次電池セル（より厳密にはその二次電池が属する直接回路）を充電または放電させる。
【００４８】
以上説明したように本変形例によれば、実施の形態１に係る残容量調整装置５００による残容量調整を、複数の二次電池セルが直列接続された直列回路の並列接続にも拡張できる。なお、実施の形態２に係る残容量調整装置６００による残容量調整を、複数の二次電池セルが直列接続された直列回路の並列接続に拡張するのは容易である。取り付けるべき二次電池セルが属する直列回路の正極と、その二次電池セルが属さない直列回路の正極との間に、残容量調整装置６００を接続すればよい。
【符号の説明】
【００４９】
１００ 二次電池装置、 Ｓ１１ 第１二次電池セル、 Ｓ１２ 第４二次電池セル、 Ｓ２１ 第２二次電池セル、 Ｓ２２ 第５二次電池セル、 Ｓ３１ 第３二次電池セル、 Ｓ３２ 第６二次電池セル、 Ｔ１ 第１端子、 Ｔ２ 第２端子、 Ｔ３ 第３端子、 Ｔ４ 第４端子、 ２１ 第１残容量計、 ２２ 第２残容量計、 ２３ 第３残容量計、 ２４ 第４残容量計、 ２５ 第５残容量計、 ２６ 第６残容量計、 ２００ 双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ、 ２５０ 充放電回路、 ３００ 電力系統、 ４００ 負荷、 ５００ 残容量調整装置、 ５１０ 第１残容量取得部、 ５２０ 第２残容量取得部、 ５３０ 充放電制御部、 ６００ 残容量調整装置、 ６５０ 負荷、 ６５０Ａ ヒータ、 ６５０Ｂ ファン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セルが並列接続された二次電池装置の残容量調整装置であって、
前記複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態で、残りの二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する第１残容量取得部と、
取り外された位置に取り付けるべき二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する第２残容量取得部と、
前記第１残容量取得部により取得された残容量と、前記第２残容量取得部により取得された残容量とが対応するよう、前記二次電池装置の充放電回路に前記残りの二次電池セルを充電または放電させる充放電制御部と、
を備える残容量調整装置。
【請求項２】
複数の二次電池セルが並列接続された二次電池装置の残容量を調整するための残容量調整装置であって、
負荷を備え、
前記負荷は、前記複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態において、その位置に二次電池セルが取り付けられる際、その二次電池セルと、その二次電池セルと並列関係にある二次電池セルとの電流路に挿入されることを特徴とする残容量調整装置。
【請求項３】
前記負荷は、ヒータおよび前記ヒータに送風するファンであり、
前記ヒータおよび前記ファンは直列または並列に接続されることを特徴とする請求項２に記載の残容量調整装置。
【請求項１】
複数の二次電池セルが並列接続された二次電池装置の残容量調整装置であって、
前記複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態で、残りの二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する第１残容量取得部と、
取り外された位置に取り付けるべき二次電池セルの残容量を当該二次電池セルの残容量計から取得する第２残容量取得部と、
前記第１残容量取得部により取得された残容量と、前記第２残容量取得部により取得された残容量とが対応するよう、前記二次電池装置の充放電回路に前記残りの二次電池セルを充電または放電させる充放電制御部と、
を備える残容量調整装置。
【請求項２】
複数の二次電池セルが並列接続された二次電池装置の残容量を調整するための残容量調整装置であって、
負荷を備え、
前記負荷は、前記複数の二次電池セルのいずれかが取り外された状態において、その位置に二次電池セルが取り付けられる際、その二次電池セルと、その二次電池セルと並列関係にある二次電池セルとの電流路に挿入されることを特徴とする残容量調整装置。
【請求項３】
前記負荷は、ヒータおよび前記ヒータに送風するファンであり、
前記ヒータおよび前記ファンは直列または並列に接続されることを特徴とする請求項２に記載の残容量調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７８２２７（Ｐ２０１３−７８２２７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７６１４（Ｐ２０１１−２１７６１４）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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