組電池の電圧バランス調整システムおよび電圧バランス調整方法
【課題】基板や電池を温度上昇させることなく、電池の電圧バランスを調整する、組電池の電圧バランス調整システムおよび電圧バランス調整方法を提供することができる。
【解決手段】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュール１を直列または並列に接続した組電池１００の電圧バランス調整システムが、少なくとも１つ以上の電池モジュール１に接続され電源供給されるＦＡＮ（負荷）２を備え、そのＦＡＮ（負荷）２は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有する。そして、１つ以上の電池モジュール１の電圧の高さに応じて、ＦＡＮ（負荷）２の消費電力を調整する。
【解決手段】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュール１を直列または並列に接続した組電池１００の電圧バランス調整システムが、少なくとも１つ以上の電池モジュール１に接続され電源供給されるＦＡＮ（負荷）２を備え、そのＦＡＮ（負荷）２は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有する。そして、１つ以上の電池モジュール１の電圧の高さに応じて、ＦＡＮ（負荷）２の消費電力を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の電圧バランス調整システムおよび電圧バランス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギを利用して発電した電力を電池に蓄えたり、系統からの電力を蓄えたりする技術が注目されている。複数の電池を直列または並列に接続した構成の組電池の場合、充放電を繰り返すうちに電池間のＳＯＣ（充電量：State of Charge）に差が発生してしまう。充放電の上限や下限は、その組電池のうちのいずれかの電池のＳＯＣが上限値や下限値に達したかで決定される。そのため、電池間のＳＯＣの差が大きくなると、充放電の上限や下限まで達しない段階で、充放電が中断される電池が発生し、その電池では充放電が充分に行えず、全体として充放電の量が少なくなってしまう。
【０００３】
この問題に関し、従来技術においては、電流を流すことで電池セルの電力を消費するバランシング抵抗回路を各電池セルに並列接続して設け、電池セル間に電圧のばらつきが発生した場合、電圧の高い電池セルに設けられたバランシング抵抗回路に電流を流すことで、電圧の高い電池セルの電力を消費し、電池セル間の電圧のばらつきを調整している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８３８３１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、従来のバランシング抵抗回路を用いた方法では、電池のエネルギを熱として放出しているため、基板や電池の温度上昇につながり、電池の寿命に悪影響を与えてしまう可能性があった。
【０００６】
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、基板や電池を温度上昇させることなく、電池の電圧バランスを調整することができる、組電池の電圧バランス調整システムおよび電圧バランス調整方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するため、本発明に係る組電池の電圧バランス調整システムは、 複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列または並列に接続した組電池において、少なくとも１つ以上の電池モジュールに接続され電源供給される負荷（冷却媒体を流動させる流体機器：例えばＦＡＮ）を備え、その負荷が、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有する。そして、１つ以上の電池モジュールそれぞれの電圧の高さに応じて、負荷の消費電力を調整することにより、電池残量（ＳＯＣ：充電量）を低下させ電圧が低下することで、電圧バランスを調整する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板や電池を温度上昇させることなく、電池の電圧バランスを調整する、組電池の電圧バランス調整システムおよび電圧バランス調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＦＡＮの特性を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る組電池の電圧バランス調整システムの構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る直列電池モジュール群内の各電池モジュールの電圧を例示する図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した各電池モジュールに対応したＦＡＮの回転速度を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る組電池の電圧バランス調整システムの構成を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る各直列電池モジュール群の電圧を例示する図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した各直列電池モジュール群に対応したＦＡＮの回転速度を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る組電池の電圧バランス調整システムの構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る各電池モジュールの電圧を例示する図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」とよぶ）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、本実施形態においては、負荷として冷却媒体を流動させる流体機器（例えば、ＦＡＮ）を例に説明するが、電池モジュール１に接続する負荷はこれに限定されない。従来技術であるバランシング抵抗回路のように、電池のエネルギを熱として放出するものでなければ、例えば、充放電のコントローラの電源（本発明の第５の実施形態参照）や照明その他を負荷として利用することができる。
【００１１】
≪第１の実施形態≫
先ず、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムについて、図１〜図４を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の構成を示す概念図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）は、複数の電池セル（不図示）からなる電池モジュール（以下、「Ｂ」と略記することがある）１を直列に接続した直列電池モジュール群１０を含む。そして、この電池モジュール１それぞれには、ＦＡＮ（以下、「Ｆ」と略記することがある）２が接続されている。直列電池モジュール群１０は、複数の電池モジュール１を、バスバーまたはケーブル３によって直列に接続して構成される。また、組電池１００（１００ａ）は、１つの棚に複数の直列電池モジュール群１０を直列に接続して構成される。図１においては、「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」の４つの電池モジュール１が直列に接続されて１つの直列電池モジュール群１０を構成し、その直列電池モジュール群１０と同様の直列電池モジュール群１０が直列に４つ（４棚分）接続されて、組電池１００（１００ａ）を構成する例を示している。
【００１３】
ＦＡＮ２は、各直列電池モジュール群１０に設けられた「Ｂ１」〜「Ｂ１６」の電池モジュール１それぞれに対応して、図１に示すように、「Ｆ１」〜「Ｆ１６」として設けられ、それぞれのＦＡＮ２からの空気の流れが各電池モジュール１に届くように配置される。このＦＡＮ２は、図２に示すように、電源電圧が上がるに応じて回転速度が増し、ＦＡＮ２自身の消費電力が増加する特性を持つ。また、図３に示すように、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムにおいて、ＦＡＮ２それぞれは、各電池モジュール１と、並列に接続される。例えば、「Ｆ１」のＦＡＮ２の電源は、「Ｂ１」の電池モジュール１から電源供給するように構成される。
【００１４】
次に、図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整方法について説明する（適宜図１参照）。図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る１つの直列電池モジュール群１０内の各電池モジュール１（ここでは、例として「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」の電池モジュール１）の電圧を示している。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した各電池モジュール１（「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」）に対応したＦＡＮ２（「Ｆ１」「Ｆ２」「Ｆ３」「Ｆ４」）の回転速度（／分）を示している。
【００１５】
組電池１００（１００ａ）が長期に亘って使用され充放電を繰り返すことで、電圧バランスの調整を何も講じなければ、各電池モジュール１（「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」）の電圧は、図４（ａ）に示すようにばらつきが生じてしまう場合がある。各電池モジュール１間の電圧差を解消するために、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムでは、各電池モジュール１に対応して接続されたＦＡＮ２の消費電力を、電圧に応じて調整することで電圧のばらつきを解消する。
【００１６】
具体的には、電圧の高い電池モジュール１（例えば、図４（ａ）の「Ｂ４」）に接続されたＦＡＮ２（図４（ｂ）の「Ｆ４」）は、図２に示すようなＦＡＮ２の特性により、ＦＡＮ２の回転速度が高くなり、電圧の低い電池モジュール１に接続されたＦＡＮ２より多くの電力を消費する。消費電力の高いＦＡＮ２に接続された電池モジュール１は、電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。そして、時間が経つにつれ各電池モジュール１の電圧差が解消され、同じ電圧になるに従い同じ消費電力となりばらつきが解消される。また、直列に接続された各直列電池モジュール群１０内で同様の電圧バランスの調整が行われることで、直列に接続されたすべての電池モジュール１に対し電圧のばらつきを解消することができる。
【００１７】
このようにすることで、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムによれば、各電池モジュール１に対応したＦＡＮ２の消費電力を電圧に応じて調整することで、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、電圧バランスの調整をすることができる。よって、温度上昇による電池の寿命についての悪影響を回避することができる。
【００１８】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整システムについて、図５〜図７を参照して説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の構成を示す概念図である。
図５に示すように、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）と同様に、複数の電池モジュール１を直列に接続した直列電池モジュール群１０を含む。そして、複数の直列電池モジュール群１０（図５においては、「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」の４つの直列電池モジュール群１０）が直列に接続され組電池１００（１００ｂ）を構成している。
【００１９】
本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムとの違いは、ＦＡＮ２が電池モジュール１それぞれに並列接続されるのではなく、１つの直列電池モジュール群１０について、１つのＦＡＮ２が接続されていることである。
【００２０】
ＦＡＮ２は、直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）それぞれに対応して、図５に示すように、「ＦＡ」「ＦＢ」「ＦＣ」「ＦＤ」として設けられ、それぞれのＦＡＮ２からの空気の流れが各直列電池モジュール群１０内の各電池モジュール１に届くように配置される。このＦＡＮ２は、本発明の第１の実施形態に係るＦＡＮ２と同様に、図２に示すような、電源電圧が上がるに応じて回転速度が増し、ＦＡＮ２自身の消費電力が増加する特性を持つ。また、図６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整システムにおいて、各電池モジュール１（ここでは、例として「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」の電池モジュール１）とＦＡＮ２（「ＦＡ」）とは、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ４およびダイオード５を介して接続される。そして、ＦＡＮ２（「ＦＡ」）は、直列電池モジュール群１０内で最も電圧の高い電池モジュール１を電源として駆動する。
【００２１】
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整方法について説明する（適宜図５参照）。図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る各直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）の電圧を示している。また図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した各直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）に対応したＦＡＮ２（「ＦＡ」「ＦＢ」「ＦＣ」「ＦＤ」）の回転速度（／分）を示している。
【００２２】
組電池１００（１００ｂ）が長期に亘って使用され充放電を繰り返すことで、電圧バランスの調整を何も講じなければ、各直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）の電圧は、図７（ａ）に示すように、ばらつきが生じてしまう場合がある。各直列電池モジュール群１０間の電圧差を解消するために、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整システムでは、各直列電池モジュール群１０に対応して接続されたＦＡＮ２（「ＦＡ」「ＦＢ」「ＦＣ」「ＦＤ」）の消費電力を、電圧に応じて調整することで電圧のばらつきを解消する。
【００２３】
具体的には、電圧の高い直列電池モジュール群１０（例えば、図７（ａ）の「１０Ｄ」）に接続されたＦＡＮ２（図７（ｂ）の「ＦＤ」）は、図２に示すようなＦＡＮ２の特性により、ＦＡＮ２の回転速度が高くなり、電圧の低い直列電池モジュール群１０に接続されたＦＡＮ２より多くの電力を消費する。消費電力の高いＦＡＮ２に接続された直列電池モジュール群１０は、電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。そして、電圧の低下に伴いＦＡＮ２での消費電力も低下するため、各直列電池モジュール群１０の電圧差は、時間が経つにつれ解消され、同じ電圧になるに従いＦＡＮ２による消費電力は同じ消費電力となりばらつきが解消された状態となる。
【００２４】
また、直列電池モジュール群１０内においても、最も電圧の高い電池モジュール１が、ＦＡＮ２に接続されるため、ＦＡＮ２による消費電力で電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。一方、最も電圧の高い電池モジュール１以外の電池モジュール１は、ＦＡＮ２との接続が遮断された状態となる。そして、時間の経過とともに、最も電圧の高い電池モジュール１の電圧が低下すると、次に電圧の高い電池モジュール１と同じ電圧となり、ＦＡＮ２はこの電圧が同じ複数の電池モジュール１（例えば、２台）に接続される。さらに、時間が経過すると、同様にして、ＦＡＮ２に接続された２台の電池モジュール１の電圧が低下し、次に電圧の高い電池モジュール１と同じ電圧となり、ＦＡＮ２はこの電圧が同じ複数の電池モジュール１（例えば、３台）に接続される。そして、最終的には、直列電池モジュール群１０内のすべての電池モジュール１の電圧差が解消される。
【００２５】
このようにすることで、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整システムによれば、各直列電池モジュール群１０に対応したＦＡＮ２の消費電力を電圧に応じて調整することで、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、各直列電池モジュール群１０およびその直列電池モジュール群１０内の各電池モジュール１の電圧バランスの調整をすることができる。よって、温度上昇による電池の寿命についての悪影響を回避することができる。
【００２６】
また、本発明の第２の実施形態においては、直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）ごとに１つのＦＡＮ２（「ＦＡ」「ＦＢ」「ＦＣ」「ＦＤ」）を接続する構成とした。しかし、この構成に限定されず、直列電池モジュール群１０に含まれる各電池モジュール１を、少なくとも２以上の電池モジュール１で構成される複数のグループに分割し、その分割したグループごとにＦＡＮ２（負荷）を接続するようにしてもよい。このようにすることで、グループそれぞれの電圧の高さに応じて、ＦＡＮ２（負荷）の消費電力を調整し、各グループの電圧バランスを調整することができる。
【００２７】
≪第３の実施形態≫
次に、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整システムについて、図８〜図１０を参照して説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の構成を示す概念図である。
図８に示すように、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）と同様に、複数の電池モジュール１を直列に接続した直列電池モジュール群１０を含む。そして、複数（ここでは４つ）の直列電池モジュール群１０が直列に接続され組電池１００（１００ｃ）を構成する。
【００２８】
本発明の第１および第２の実施形態に係る組電池１００（１００ａ，１００ｂ）の電圧バランス調整システムとの違いは、ＦＡＮ２が電池モジュール１若しくは直列電池モジュール群１０ごとに並列接続されるのではなく、直列に接続された複数（ここでは４つ）の直列電池モジュール群１０に、１つのＦＡＮ２が設置されることである。
【００２９】
ＦＡＮ２は、図８に示すように、直列に接続された複数（ここでは４つ）の直列電池モジュール群１０について１つ備えられ、そのＦＡＮ２からの空気の流れが各電池モジュール１（「Ｂ１」〜「Ｂ１６」）に届くように配置される。このＦＡＮ２は、本発明の第１の実施形態に係るＦＡＮ２と同様に、図２に示すような、電源電圧が上がるに応じて回転速度が増し、ＦＡＮ２自身の消費電力が増加する特性を持つ。また、図９に示すように、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整システムにおいて、各電池モジュール１（「Ｂ１」〜「Ｂ１６」）とＦＡＮ２とは、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ４およびダイオード５を介して接続される。そして、ＦＡＮ２は、複数（ここでは４つ）の直列電池モジュール群１０に含まれる電池モジュール１のうち最も電圧の高い電池モジュール１を電源として駆動する。
【００３０】
次に、図１０を参照して、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整方法について説明する（適宜図８参照）。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る複数の直列電池モジュール群１０内の各電池モジュール１の電圧を例示する図である。
【００３１】
組電池１００（１００ｃ）が長期に亘って使用され充放電を繰り返すことで、電圧バランスの調整を何も講じなければ、各電池モジュール１の電圧は、図１０に示すように、ばらつきが生じてしまう場合がある。各電池モジュール１間の電圧差を解消するために、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整システムでは、各電池モジュール１の中で、最も電圧の高い電池モジュール１を電源としてＦＡＮ２を駆動し、ＦＡＮ２の消費電力を、電圧に応じて調整することで電圧のばらつきを解消する。
【００３２】
具体的には、まず、組電池１００（１００ｃ）を構成する各電池モジュール１のうち、最も電圧の高い電池モジュール１（図１０の例では「Ｂ４」）を電源としてＦＡＮ２を駆動する。最も電圧の高い電池モジュール１（「Ｂ４」）は、ＦＡＮ２による消費電力で電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。一方、最も電圧の高い電池モジュール１以外の電池モジュール１は、ＦＡＮ２との接続が遮断された状態となる。そして、時間の経過とともに、最も電圧の高い電池モジュール１（「Ｂ４」）の電圧が低下すると、次に電圧の高い電池モジュール１（図１０の例では「Ｂ１２」）と同じ電圧となり、ＦＡＮ２はこの電圧が同じ複数の電池モジュール１（「Ｂ４」「Ｂ１２」）に接続される。さらに、時間が経過すると、同様にして、ＦＡＮ２に接続された複数の電池モジュール１の電圧が低下し、次に電圧の高い電池モジュール１（図１０の例では「Ｂ１」「Ｂ９」「Ｂ１０」「Ｂ１３」「Ｂ１４」）と同じ電圧となり、ＦＡＮ２はこの電圧が同じ複数の電池モジュール１（「Ｂ１」「Ｂ４」「Ｂ９」「Ｂ１０」「Ｂ１２」「Ｂ１３」「Ｂ１４」）に接続される。この電圧調整を続けることにより、最終的には、組電池１００（１００ｃ）内のすべての電池モジュール１の電圧差が解消される。
【００３３】
このようにすることで、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整システムによれば、直列に接続された複数の直列電池モジュール群１０に１つ設けられたＦＡＮ２の消費電力を各電池モジュール１の電圧に応じて調整することで、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、電圧バランスを調整することができる。よって、温度上昇による電池の寿命についての悪影響を回避することができる。
【００３４】
≪第４の実施形態≫
次に、本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の電圧バランス調整システムについて、図１１を参照して説明する。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の構成を示す概念図である。
図１１に示すように、本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）は、複数の電池セル（不図示）からなる電池モジュール１を、バスバーまたはケーブル３によって並列に接続した並列電池モジュール群２０を含む。そして、１つの並列電池モジュール群２０ごとに、１つのＦＡＮ２が接続されている。また、組電池１００（１００ｄ）は、複数の並列電池モジュール群２０を直列に接続して構成される。本発明の第１〜第３の実施形態にかかる組電池１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）との違いは、各電池モジュール１が直列に接続される直列電池モジュール群１０ではなく、各電池モジュール１が並列に接続される並列電池モジュール群２０により構成されることである。
【００３５】
本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の電圧バランス調整システムにおいては、１つの並列電池モジュール群２０ごとに、１つのＦＡＮ２が接続される。このＦＡＮ２は、本発明の第１の実施形態に係るＦＡＮ２と同様に、図２に示すような、電源電圧が上がるに応じて回転速度が増し、ＦＡＮ２自身の消費電力が増加する特性を持つ。このＦＡＮ２は、並列電池モジュール群２０と並列に接続され、各並列電池モジュール群２０から電源供給するように構成される。
【００３６】
組電池１００（１００ｄ）が長期に亘って使用され充放電を繰り返すことで、電圧バランスの調整を何も講じなければ、各並列電池モジュール群２０の電圧は、ばらつきが生じてしまう場合がある。各並列電池モジュール群２０間の電圧差を解消するために、各並列電池モジュール群２０に対応して接続されたＦＡＮ２の消費電力を、電圧に応じて調整することで電圧のばらつきを解消する。なお、電圧バランスの調整は、本発明の第１の実施形態に示した方法と同様である。電圧の高い並列電池モジュール群２０に接続されたＦＡＮ２は、図２に示すようなＦＡＮ２の特性により、ＦＡＮ２の回転速度が高くなり、電圧の低い並列電池モジュール群２０に接続されたＦＡＮ２より多くの電力を消費する。消費電力の高いＦＡＮ２に接続された並列電池モジュール群２０は、電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。そして、時間が経つにつれ各並列電池モジュール群２０の電圧差が解消され、同じ電圧になるに従い同じ消費電力となりばらつきが解消される。
【００３７】
このようにすることで、本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の電圧バランス調整システムによれば、各並列電池モジュール群２０に対応したＦＡＮ２の消費電力を電圧に応じて調整することで、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、各並列電池モジュール群２０の電圧バランスの調整をすることができる。よって、温度上昇による電池の寿命についての悪影響を回避することができる。
【００３８】
≪第５の実施形態≫
次に、本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）の電圧バランス調整システムについて、図１２を参照して説明する。
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）の構成を示す概念図である。
【００３９】
図１２に示すように、本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）は、図１１に示した本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）と同様に、複数の電池モジュール１を並列に接続した並列電池モジュール群２０を含む。そして、複数の並列電池モジュール群２０が直列に接続され組電池１００（１００ｅ）を構成している。
【００４０】
本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の電圧バランス調整システムとの違いは、並列電池モジュール群２０ごとにＦＡＮ２が接続される代わりに、電池モジュール１の充放電の制御等を行うコントローラ６が接続されることである。このコントローラ６と各並列電池モジュール群２０とは、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ４（不図示）とダイオード５（不図示）を介して接続される。そして、このコントローラ６は、最も電圧の高い並列電池モジュール群２０を電源として駆動する。
【００４１】
本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）の電圧バランス調整システムでは、最も電圧の高い並列電池モジュール群２０が、コントローラ６に接続されることにより、時間の経過とともに、その電圧が低下する。そして、次に電圧の高い並列電池モジュール群２０と同じ電圧となり、コントローラ６がこの同じ電圧の複数の並列電池モジュール群２０に接続される。この電圧調整を続けることにより、最終的には、組電池１００（１００ｅ）内のすべての並列電池モジュール群２０の電圧差が解消される。
【００４２】
このようにすることで、本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）の電圧バランス調整システムによれば、各並列電池モジュール群２０とコントローラ６とを接続し、最も電圧の高い並列電池モジュール群２０を電源としてコントローラ６を駆動させることで、従来技術であるバランシング抵抗回路を用いた方法のように、電池のエネルギを熱として放出することがないため、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、各並列電池モジュール群２０の電圧バランスの調整をすることができる。そして、各並列電池モジュール群２０の電圧バランスを調整する際のエネルギを有効活用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 電池モジュール（Ｂ）
２ ＦＡＮ（Ｆ）
３ バスバーまたはケーブル
４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５ ダイオード
６ コントローラ
１０ 直列電池モジュール群
２０ 並列電池モジュール群
１００ 組電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の電圧バランス調整システムおよび電圧バランス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギを利用して発電した電力を電池に蓄えたり、系統からの電力を蓄えたりする技術が注目されている。複数の電池を直列または並列に接続した構成の組電池の場合、充放電を繰り返すうちに電池間のＳＯＣ（充電量：State of Charge）に差が発生してしまう。充放電の上限や下限は、その組電池のうちのいずれかの電池のＳＯＣが上限値や下限値に達したかで決定される。そのため、電池間のＳＯＣの差が大きくなると、充放電の上限や下限まで達しない段階で、充放電が中断される電池が発生し、その電池では充放電が充分に行えず、全体として充放電の量が少なくなってしまう。
【０００３】
この問題に関し、従来技術においては、電流を流すことで電池セルの電力を消費するバランシング抵抗回路を各電池セルに並列接続して設け、電池セル間に電圧のばらつきが発生した場合、電圧の高い電池セルに設けられたバランシング抵抗回路に電流を流すことで、電圧の高い電池セルの電力を消費し、電池セル間の電圧のばらつきを調整している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８３８３１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、従来のバランシング抵抗回路を用いた方法では、電池のエネルギを熱として放出しているため、基板や電池の温度上昇につながり、電池の寿命に悪影響を与えてしまう可能性があった。
【０００６】
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、基板や電池を温度上昇させることなく、電池の電圧バランスを調整することができる、組電池の電圧バランス調整システムおよび電圧バランス調整方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するため、本発明に係る組電池の電圧バランス調整システムは、 複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列または並列に接続した組電池において、少なくとも１つ以上の電池モジュールに接続され電源供給される負荷（冷却媒体を流動させる流体機器：例えばＦＡＮ）を備え、その負荷が、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有する。そして、１つ以上の電池モジュールそれぞれの電圧の高さに応じて、負荷の消費電力を調整することにより、電池残量（ＳＯＣ：充電量）を低下させ電圧が低下することで、電圧バランスを調整する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板や電池を温度上昇させることなく、電池の電圧バランスを調整する、組電池の電圧バランス調整システムおよび電圧バランス調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＦＡＮの特性を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る組電池の電圧バランス調整システムの構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る直列電池モジュール群内の各電池モジュールの電圧を例示する図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した各電池モジュールに対応したＦＡＮの回転速度を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る組電池の電圧バランス調整システムの構成を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る各直列電池モジュール群の電圧を例示する図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した各直列電池モジュール群に対応したＦＡＮの回転速度を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る組電池の電圧バランス調整システムの構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る各電池モジュールの電圧を例示する図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る組電池の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」とよぶ）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、本実施形態においては、負荷として冷却媒体を流動させる流体機器（例えば、ＦＡＮ）を例に説明するが、電池モジュール１に接続する負荷はこれに限定されない。従来技術であるバランシング抵抗回路のように、電池のエネルギを熱として放出するものでなければ、例えば、充放電のコントローラの電源（本発明の第５の実施形態参照）や照明その他を負荷として利用することができる。
【００１１】
≪第１の実施形態≫
先ず、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムについて、図１〜図４を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の構成を示す概念図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）は、複数の電池セル（不図示）からなる電池モジュール（以下、「Ｂ」と略記することがある）１を直列に接続した直列電池モジュール群１０を含む。そして、この電池モジュール１それぞれには、ＦＡＮ（以下、「Ｆ」と略記することがある）２が接続されている。直列電池モジュール群１０は、複数の電池モジュール１を、バスバーまたはケーブル３によって直列に接続して構成される。また、組電池１００（１００ａ）は、１つの棚に複数の直列電池モジュール群１０を直列に接続して構成される。図１においては、「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」の４つの電池モジュール１が直列に接続されて１つの直列電池モジュール群１０を構成し、その直列電池モジュール群１０と同様の直列電池モジュール群１０が直列に４つ（４棚分）接続されて、組電池１００（１００ａ）を構成する例を示している。
【００１３】
ＦＡＮ２は、各直列電池モジュール群１０に設けられた「Ｂ１」〜「Ｂ１６」の電池モジュール１それぞれに対応して、図１に示すように、「Ｆ１」〜「Ｆ１６」として設けられ、それぞれのＦＡＮ２からの空気の流れが各電池モジュール１に届くように配置される。このＦＡＮ２は、図２に示すように、電源電圧が上がるに応じて回転速度が増し、ＦＡＮ２自身の消費電力が増加する特性を持つ。また、図３に示すように、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムにおいて、ＦＡＮ２それぞれは、各電池モジュール１と、並列に接続される。例えば、「Ｆ１」のＦＡＮ２の電源は、「Ｂ１」の電池モジュール１から電源供給するように構成される。
【００１４】
次に、図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整方法について説明する（適宜図１参照）。図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る１つの直列電池モジュール群１０内の各電池モジュール１（ここでは、例として「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」の電池モジュール１）の電圧を示している。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した各電池モジュール１（「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」）に対応したＦＡＮ２（「Ｆ１」「Ｆ２」「Ｆ３」「Ｆ４」）の回転速度（／分）を示している。
【００１５】
組電池１００（１００ａ）が長期に亘って使用され充放電を繰り返すことで、電圧バランスの調整を何も講じなければ、各電池モジュール１（「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」）の電圧は、図４（ａ）に示すようにばらつきが生じてしまう場合がある。各電池モジュール１間の電圧差を解消するために、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムでは、各電池モジュール１に対応して接続されたＦＡＮ２の消費電力を、電圧に応じて調整することで電圧のばらつきを解消する。
【００１６】
具体的には、電圧の高い電池モジュール１（例えば、図４（ａ）の「Ｂ４」）に接続されたＦＡＮ２（図４（ｂ）の「Ｆ４」）は、図２に示すようなＦＡＮ２の特性により、ＦＡＮ２の回転速度が高くなり、電圧の低い電池モジュール１に接続されたＦＡＮ２より多くの電力を消費する。消費電力の高いＦＡＮ２に接続された電池モジュール１は、電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。そして、時間が経つにつれ各電池モジュール１の電圧差が解消され、同じ電圧になるに従い同じ消費電力となりばらつきが解消される。また、直列に接続された各直列電池モジュール群１０内で同様の電圧バランスの調整が行われることで、直列に接続されたすべての電池モジュール１に対し電圧のばらつきを解消することができる。
【００１７】
このようにすることで、本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムによれば、各電池モジュール１に対応したＦＡＮ２の消費電力を電圧に応じて調整することで、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、電圧バランスの調整をすることができる。よって、温度上昇による電池の寿命についての悪影響を回避することができる。
【００１８】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整システムについて、図５〜図７を参照して説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の構成を示す概念図である。
図５に示すように、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）と同様に、複数の電池モジュール１を直列に接続した直列電池モジュール群１０を含む。そして、複数の直列電池モジュール群１０（図５においては、「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」の４つの直列電池モジュール群１０）が直列に接続され組電池１００（１００ｂ）を構成している。
【００１９】
本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）の電圧バランス調整システムとの違いは、ＦＡＮ２が電池モジュール１それぞれに並列接続されるのではなく、１つの直列電池モジュール群１０について、１つのＦＡＮ２が接続されていることである。
【００２０】
ＦＡＮ２は、直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）それぞれに対応して、図５に示すように、「ＦＡ」「ＦＢ」「ＦＣ」「ＦＤ」として設けられ、それぞれのＦＡＮ２からの空気の流れが各直列電池モジュール群１０内の各電池モジュール１に届くように配置される。このＦＡＮ２は、本発明の第１の実施形態に係るＦＡＮ２と同様に、図２に示すような、電源電圧が上がるに応じて回転速度が増し、ＦＡＮ２自身の消費電力が増加する特性を持つ。また、図６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整システムにおいて、各電池モジュール１（ここでは、例として「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」の電池モジュール１）とＦＡＮ２（「ＦＡ」）とは、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ４およびダイオード５を介して接続される。そして、ＦＡＮ２（「ＦＡ」）は、直列電池モジュール群１０内で最も電圧の高い電池モジュール１を電源として駆動する。
【００２１】
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整方法について説明する（適宜図５参照）。図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る各直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）の電圧を示している。また図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した各直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）に対応したＦＡＮ２（「ＦＡ」「ＦＢ」「ＦＣ」「ＦＤ」）の回転速度（／分）を示している。
【００２２】
組電池１００（１００ｂ）が長期に亘って使用され充放電を繰り返すことで、電圧バランスの調整を何も講じなければ、各直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）の電圧は、図７（ａ）に示すように、ばらつきが生じてしまう場合がある。各直列電池モジュール群１０間の電圧差を解消するために、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整システムでは、各直列電池モジュール群１０に対応して接続されたＦＡＮ２（「ＦＡ」「ＦＢ」「ＦＣ」「ＦＤ」）の消費電力を、電圧に応じて調整することで電圧のばらつきを解消する。
【００２３】
具体的には、電圧の高い直列電池モジュール群１０（例えば、図７（ａ）の「１０Ｄ」）に接続されたＦＡＮ２（図７（ｂ）の「ＦＤ」）は、図２に示すようなＦＡＮ２の特性により、ＦＡＮ２の回転速度が高くなり、電圧の低い直列電池モジュール群１０に接続されたＦＡＮ２より多くの電力を消費する。消費電力の高いＦＡＮ２に接続された直列電池モジュール群１０は、電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。そして、電圧の低下に伴いＦＡＮ２での消費電力も低下するため、各直列電池モジュール群１０の電圧差は、時間が経つにつれ解消され、同じ電圧になるに従いＦＡＮ２による消費電力は同じ消費電力となりばらつきが解消された状態となる。
【００２４】
また、直列電池モジュール群１０内においても、最も電圧の高い電池モジュール１が、ＦＡＮ２に接続されるため、ＦＡＮ２による消費電力で電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。一方、最も電圧の高い電池モジュール１以外の電池モジュール１は、ＦＡＮ２との接続が遮断された状態となる。そして、時間の経過とともに、最も電圧の高い電池モジュール１の電圧が低下すると、次に電圧の高い電池モジュール１と同じ電圧となり、ＦＡＮ２はこの電圧が同じ複数の電池モジュール１（例えば、２台）に接続される。さらに、時間が経過すると、同様にして、ＦＡＮ２に接続された２台の電池モジュール１の電圧が低下し、次に電圧の高い電池モジュール１と同じ電圧となり、ＦＡＮ２はこの電圧が同じ複数の電池モジュール１（例えば、３台）に接続される。そして、最終的には、直列電池モジュール群１０内のすべての電池モジュール１の電圧差が解消される。
【００２５】
このようにすることで、本発明の第２の実施形態に係る組電池１００（１００ｂ）の電圧バランス調整システムによれば、各直列電池モジュール群１０に対応したＦＡＮ２の消費電力を電圧に応じて調整することで、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、各直列電池モジュール群１０およびその直列電池モジュール群１０内の各電池モジュール１の電圧バランスの調整をすることができる。よって、温度上昇による電池の寿命についての悪影響を回避することができる。
【００２６】
また、本発明の第２の実施形態においては、直列電池モジュール群１０（「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」）ごとに１つのＦＡＮ２（「ＦＡ」「ＦＢ」「ＦＣ」「ＦＤ」）を接続する構成とした。しかし、この構成に限定されず、直列電池モジュール群１０に含まれる各電池モジュール１を、少なくとも２以上の電池モジュール１で構成される複数のグループに分割し、その分割したグループごとにＦＡＮ２（負荷）を接続するようにしてもよい。このようにすることで、グループそれぞれの電圧の高さに応じて、ＦＡＮ２（負荷）の消費電力を調整し、各グループの電圧バランスを調整することができる。
【００２７】
≪第３の実施形態≫
次に、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整システムについて、図８〜図１０を参照して説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の構成を示す概念図である。
図８に示すように、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る組電池１００（１００ａ）と同様に、複数の電池モジュール１を直列に接続した直列電池モジュール群１０を含む。そして、複数（ここでは４つ）の直列電池モジュール群１０が直列に接続され組電池１００（１００ｃ）を構成する。
【００２８】
本発明の第１および第２の実施形態に係る組電池１００（１００ａ，１００ｂ）の電圧バランス調整システムとの違いは、ＦＡＮ２が電池モジュール１若しくは直列電池モジュール群１０ごとに並列接続されるのではなく、直列に接続された複数（ここでは４つ）の直列電池モジュール群１０に、１つのＦＡＮ２が設置されることである。
【００２９】
ＦＡＮ２は、図８に示すように、直列に接続された複数（ここでは４つ）の直列電池モジュール群１０について１つ備えられ、そのＦＡＮ２からの空気の流れが各電池モジュール１（「Ｂ１」〜「Ｂ１６」）に届くように配置される。このＦＡＮ２は、本発明の第１の実施形態に係るＦＡＮ２と同様に、図２に示すような、電源電圧が上がるに応じて回転速度が増し、ＦＡＮ２自身の消費電力が増加する特性を持つ。また、図９に示すように、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整システムにおいて、各電池モジュール１（「Ｂ１」〜「Ｂ１６」）とＦＡＮ２とは、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ４およびダイオード５を介して接続される。そして、ＦＡＮ２は、複数（ここでは４つ）の直列電池モジュール群１０に含まれる電池モジュール１のうち最も電圧の高い電池モジュール１を電源として駆動する。
【００３０】
次に、図１０を参照して、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整方法について説明する（適宜図８参照）。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る複数の直列電池モジュール群１０内の各電池モジュール１の電圧を例示する図である。
【００３１】
組電池１００（１００ｃ）が長期に亘って使用され充放電を繰り返すことで、電圧バランスの調整を何も講じなければ、各電池モジュール１の電圧は、図１０に示すように、ばらつきが生じてしまう場合がある。各電池モジュール１間の電圧差を解消するために、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整システムでは、各電池モジュール１の中で、最も電圧の高い電池モジュール１を電源としてＦＡＮ２を駆動し、ＦＡＮ２の消費電力を、電圧に応じて調整することで電圧のばらつきを解消する。
【００３２】
具体的には、まず、組電池１００（１００ｃ）を構成する各電池モジュール１のうち、最も電圧の高い電池モジュール１（図１０の例では「Ｂ４」）を電源としてＦＡＮ２を駆動する。最も電圧の高い電池モジュール１（「Ｂ４」）は、ＦＡＮ２による消費電力で電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。一方、最も電圧の高い電池モジュール１以外の電池モジュール１は、ＦＡＮ２との接続が遮断された状態となる。そして、時間の経過とともに、最も電圧の高い電池モジュール１（「Ｂ４」）の電圧が低下すると、次に電圧の高い電池モジュール１（図１０の例では「Ｂ１２」）と同じ電圧となり、ＦＡＮ２はこの電圧が同じ複数の電池モジュール１（「Ｂ４」「Ｂ１２」）に接続される。さらに、時間が経過すると、同様にして、ＦＡＮ２に接続された複数の電池モジュール１の電圧が低下し、次に電圧の高い電池モジュール１（図１０の例では「Ｂ１」「Ｂ９」「Ｂ１０」「Ｂ１３」「Ｂ１４」）と同じ電圧となり、ＦＡＮ２はこの電圧が同じ複数の電池モジュール１（「Ｂ１」「Ｂ４」「Ｂ９」「Ｂ１０」「Ｂ１２」「Ｂ１３」「Ｂ１４」）に接続される。この電圧調整を続けることにより、最終的には、組電池１００（１００ｃ）内のすべての電池モジュール１の電圧差が解消される。
【００３３】
このようにすることで、本発明の第３の実施形態に係る組電池１００（１００ｃ）の電圧バランス調整システムによれば、直列に接続された複数の直列電池モジュール群１０に１つ設けられたＦＡＮ２の消費電力を各電池モジュール１の電圧に応じて調整することで、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、電圧バランスを調整することができる。よって、温度上昇による電池の寿命についての悪影響を回避することができる。
【００３４】
≪第４の実施形態≫
次に、本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の電圧バランス調整システムについて、図１１を参照して説明する。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の構成を示す概念図である。
図１１に示すように、本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）は、複数の電池セル（不図示）からなる電池モジュール１を、バスバーまたはケーブル３によって並列に接続した並列電池モジュール群２０を含む。そして、１つの並列電池モジュール群２０ごとに、１つのＦＡＮ２が接続されている。また、組電池１００（１００ｄ）は、複数の並列電池モジュール群２０を直列に接続して構成される。本発明の第１〜第３の実施形態にかかる組電池１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）との違いは、各電池モジュール１が直列に接続される直列電池モジュール群１０ではなく、各電池モジュール１が並列に接続される並列電池モジュール群２０により構成されることである。
【００３５】
本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の電圧バランス調整システムにおいては、１つの並列電池モジュール群２０ごとに、１つのＦＡＮ２が接続される。このＦＡＮ２は、本発明の第１の実施形態に係るＦＡＮ２と同様に、図２に示すような、電源電圧が上がるに応じて回転速度が増し、ＦＡＮ２自身の消費電力が増加する特性を持つ。このＦＡＮ２は、並列電池モジュール群２０と並列に接続され、各並列電池モジュール群２０から電源供給するように構成される。
【００３６】
組電池１００（１００ｄ）が長期に亘って使用され充放電を繰り返すことで、電圧バランスの調整を何も講じなければ、各並列電池モジュール群２０の電圧は、ばらつきが生じてしまう場合がある。各並列電池モジュール群２０間の電圧差を解消するために、各並列電池モジュール群２０に対応して接続されたＦＡＮ２の消費電力を、電圧に応じて調整することで電圧のばらつきを解消する。なお、電圧バランスの調整は、本発明の第１の実施形態に示した方法と同様である。電圧の高い並列電池モジュール群２０に接続されたＦＡＮ２は、図２に示すようなＦＡＮ２の特性により、ＦＡＮ２の回転速度が高くなり、電圧の低い並列電池モジュール群２０に接続されたＦＡＮ２より多くの電力を消費する。消費電力の高いＦＡＮ２に接続された並列電池モジュール群２０は、電池残量が低下し、電池残量の低下に伴い電圧が低下する。そして、時間が経つにつれ各並列電池モジュール群２０の電圧差が解消され、同じ電圧になるに従い同じ消費電力となりばらつきが解消される。
【００３７】
このようにすることで、本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の電圧バランス調整システムによれば、各並列電池モジュール群２０に対応したＦＡＮ２の消費電力を電圧に応じて調整することで、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、各並列電池モジュール群２０の電圧バランスの調整をすることができる。よって、温度上昇による電池の寿命についての悪影響を回避することができる。
【００３８】
≪第５の実施形態≫
次に、本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）の電圧バランス調整システムについて、図１２を参照して説明する。
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）の構成を示す概念図である。
【００３９】
図１２に示すように、本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）は、図１１に示した本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）と同様に、複数の電池モジュール１を並列に接続した並列電池モジュール群２０を含む。そして、複数の並列電池モジュール群２０が直列に接続され組電池１００（１００ｅ）を構成している。
【００４０】
本発明の第４の実施形態に係る組電池１００（１００ｄ）の電圧バランス調整システムとの違いは、並列電池モジュール群２０ごとにＦＡＮ２が接続される代わりに、電池モジュール１の充放電の制御等を行うコントローラ６が接続されることである。このコントローラ６と各並列電池モジュール群２０とは、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ４（不図示）とダイオード５（不図示）を介して接続される。そして、このコントローラ６は、最も電圧の高い並列電池モジュール群２０を電源として駆動する。
【００４１】
本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）の電圧バランス調整システムでは、最も電圧の高い並列電池モジュール群２０が、コントローラ６に接続されることにより、時間の経過とともに、その電圧が低下する。そして、次に電圧の高い並列電池モジュール群２０と同じ電圧となり、コントローラ６がこの同じ電圧の複数の並列電池モジュール群２０に接続される。この電圧調整を続けることにより、最終的には、組電池１００（１００ｅ）内のすべての並列電池モジュール群２０の電圧差が解消される。
【００４２】
このようにすることで、本発明の第５の実施形態に係る組電池１００（１００ｅ）の電圧バランス調整システムによれば、各並列電池モジュール群２０とコントローラ６とを接続し、最も電圧の高い並列電池モジュール群２０を電源としてコントローラ６を駆動させることで、従来技術であるバランシング抵抗回路を用いた方法のように、電池のエネルギを熱として放出することがないため、基板や電池モジュール１を温度上昇させることなく、各並列電池モジュール群２０の電圧バランスの調整をすることができる。そして、各並列電池モジュール群２０の電圧バランスを調整する際のエネルギを有効活用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 電池モジュール（Ｂ）
２ ＦＡＮ（Ｆ）
３ バスバーまたはケーブル
４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５ ダイオード
６ コントローラ
１０ 直列電池モジュール群
２０ 並列電池モジュール群
１００ 組電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列または並列に接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
少なくとも１つ以上の前記電池モジュールに接続され電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記１つ以上の電池モジュールの電圧の高さに応じて、前記負荷の消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項２】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列に複数接続して直列電池モジュール群を構成し、前記直列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記電池モジュールごとに、当該電池モジュールに並列接続されて当該電池モジュールから電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記電池モジュールそれぞれの電圧の高さに応じて、前記電池モジュールに接続される前記負荷それぞれの前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項３】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列に複数接続して直列電池モジュール群を構成し、前記直列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記直列電池モジュール群ごとに、当該直列電池モジュール群に並列接続され、当該電池モジュールのうち電圧の最も高い前記電池モジュールから電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記直列電池モジュール群それぞれの電圧の高さに応じて、前記直列電池モジュール群に接続される負荷それぞれの前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項４】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列に複数接続して直列電池モジュール群を構成し、前記直列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記複数接続した直列電池モジュール群に含まれる前記電池モジュールが、少なくとも２つ以上の前記電池モジュールで構成される複数のグループに分割され、
前記分割されたグループごとに、当該グループに並列接続され、当該グループのうち電圧の最も高い前記電池モジュールから電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記グループそれぞれの電圧の高さに応じて、前記グループに接続される負荷それぞれの前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項５】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列に複数接続して直列電池モジュール群を構成し、前記直列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記複数接続した直列電池モジュール群に並列接続され、前記複数接続した直列電池モジュール群のうち電圧の最も高い前記電池モジュールから電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記複数接続した直列電池モジュール群を構成する前記電池モジュールのうち、前記電圧の最も高い電池モジュールの電圧の高さに応じて、前記負荷の前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項６】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを並列に複数接続して並列電池モジュール群を構成し、前記並列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記並列電池モジュール群ごとに、当該並列電池モジュール群に並列接続され、当該並列電池モジュール群から電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記並列電池モジュール群それぞれの電圧の高さに応じて、前記並列電池モジュール群に接続される前記負荷それぞれの前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項７】
前記負荷が、冷却媒体を流動させる流体機器であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項８】
前記冷却媒体を流動させる流体機器が、ＦＡＮであることを特徴とする請求項７に記載の組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項９】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列または並列に接続した組電池の電圧バランス調整方法であって、
少なくとも１つ以上の前記電池モジュールに接続され電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記１つ以上の電池モジュールの電圧の高さに応じて、前記負荷の消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整方法。
【請求項１】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列または並列に接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
少なくとも１つ以上の前記電池モジュールに接続され電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記１つ以上の電池モジュールの電圧の高さに応じて、前記負荷の消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項２】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列に複数接続して直列電池モジュール群を構成し、前記直列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記電池モジュールごとに、当該電池モジュールに並列接続されて当該電池モジュールから電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記電池モジュールそれぞれの電圧の高さに応じて、前記電池モジュールに接続される前記負荷それぞれの前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項３】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列に複数接続して直列電池モジュール群を構成し、前記直列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記直列電池モジュール群ごとに、当該直列電池モジュール群に並列接続され、当該電池モジュールのうち電圧の最も高い前記電池モジュールから電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記直列電池モジュール群それぞれの電圧の高さに応じて、前記直列電池モジュール群に接続される負荷それぞれの前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項４】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列に複数接続して直列電池モジュール群を構成し、前記直列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記複数接続した直列電池モジュール群に含まれる前記電池モジュールが、少なくとも２つ以上の前記電池モジュールで構成される複数のグループに分割され、
前記分割されたグループごとに、当該グループに並列接続され、当該グループのうち電圧の最も高い前記電池モジュールから電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記グループそれぞれの電圧の高さに応じて、前記グループに接続される負荷それぞれの前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項５】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列に複数接続して直列電池モジュール群を構成し、前記直列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記複数接続した直列電池モジュール群に並列接続され、前記複数接続した直列電池モジュール群のうち電圧の最も高い前記電池モジュールから電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記複数接続した直列電池モジュール群を構成する前記電池モジュールのうち、前記電圧の最も高い電池モジュールの電圧の高さに応じて、前記負荷の前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項６】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを並列に複数接続して並列電池モジュール群を構成し、前記並列電池モジュール群を少なくとも１つ以上直列接続した組電池の電圧バランス調整システムであって、
前記並列電池モジュール群ごとに、当該並列電池モジュール群に並列接続され、当該並列電池モジュール群から電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記並列電池モジュール群それぞれの電圧の高さに応じて、前記並列電池モジュール群に接続される前記負荷それぞれの前記消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項７】
前記負荷が、冷却媒体を流動させる流体機器であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項８】
前記冷却媒体を流動させる流体機器が、ＦＡＮであることを特徴とする請求項７に記載の組電池の電圧バランス調整システム。
【請求項９】
複数の電池セルで構成される充放電可能な電池モジュールを直列または並列に接続した組電池の電圧バランス調整方法であって、
少なくとも１つ以上の前記電池モジュールに接続され電源供給される負荷を備え、前記負荷は、電源電圧が高いほど、消費電力が増加する特性を有し、
前記１つ以上の電池モジュールの電圧の高さに応じて、前記負荷の消費電力が調整されること
を特徴とする組電池の電圧バランス調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２４４８６５（Ｐ２０１２−２４４８６５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５５２３（Ｐ２０１１−１１５５２３）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]