電流バランス機能を有する蓄電装置
【課題】蓄電素子を多数個直並列接続して大容量化した蓄電装置において、蓄電素子間の電流、充電率のアンバランスを自動補正し蓄電装置全体での入出力電流容量、蓄電容量を最大に保つ蓄電装置を提供する。
【解決手段】直列接続された蓄電素子群とこれに直列に挿入した可変抵抗回路により蓄電ブロックを構成し、この蓄電ブロックをさらに複数個並列接続した蓄電装置を構成し、直列構成された蓄電素子群の合計内部抵抗と挿入した可変抵抗回路の等価抵抗値との和を蓄電ブロック毎に制御することにより、各蓄電ブロック相互の電流値、充電率のバランスをとるよう自動制御し、蓄電装置全体での入出力電流容量、蓄電容量を最大に保つ。
【解決手段】直列接続された蓄電素子群とこれに直列に挿入した可変抵抗回路により蓄電ブロックを構成し、この蓄電ブロックをさらに複数個並列接続した蓄電装置を構成し、直列構成された蓄電素子群の合計内部抵抗と挿入した可変抵抗回路の等価抵抗値との和を蓄電ブロック毎に制御することにより、各蓄電ブロック相互の電流値、充電率のバランスをとるよう自動制御し、蓄電装置全体での入出力電流容量、蓄電容量を最大に保つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きなパワーを処理する目的で蓄電素子を多数組み合わせ使用する蓄電装置にかかわり、特に、複数個の蓄電素子を直列接続した蓄電素子群をさらに複数群並列接続して使用する蓄電装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化などの環境問題の指摘により、蓄電装置、特に２次電池や電気２重層キャパシタなどの蓄電素子を応用した各種のエネルギーの有効利用が提案されている。以下、蓄電素子の代表として２次電池を例にとり説明するが必ずしも２次電池に限定するものではない。
【０００３】
２次電池応用システムにおいて利用するパワーがある程度大きくなると、２次電池を直列に接続するのみでなくさらにこれを多数並列接続し大パワーに対応する必要が生じる。
例えば、図７の従来例に示すように多数の２次電池を直並列する構成が考えられる。このとき個々の２次電池は小さい値ながら各々内部抵抗を有しており、その内部抵抗は製造バラツキのみならず、経年によっても増加する。したがって、ある程度使用した後２次電池の一部交換などを行う場合、内部抵抗の大きな差を内在させたまま使用する可能性がある。
【０００４】
この場合、例えば、図８に示すように複数個の２次電池を直列した電池群１１０、２１０、３１０の各々の群内の合計内部抵抗をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、電池の群内の合計発生電圧をＶｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３とし、負荷回路電圧をＶＬ、負荷電流をＩ０とすれば、各電池群１１０、２１０、３１０の電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は
Ｉ１＝（Ｖｂ１−ＶＬ）／Ｒ１
Ｉ２＝（Ｖｂ２−ＶＬ）／Ｒ２
Ｉ３＝（Ｖｂ３−ＶＬ）／Ｒ３
Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３
ここでＶｂ１＝Ｖｂ２＝Ｖｂ３、即ち電池の発生電圧が同じでＲ３＝Ｒ１／２、Ｒ１＝Ｒ２、即ち電池群３１０のみが何らかの理由により内部抵抗が１／２の小さいものが使用されたとすれば
【数１】
即ち、電池群３１０のみ２倍の電流が流れることになる。電池群１１０〜３１０が同一仕様の電池で各々の電池の許容電流の上限値がＩｍａｘとすると式（１）の関係よりＩ３＝Ｉｍａｘとなった時点でそれ以上の電流は流せないからＩ１＝Ｉ２＝１／２×Ｉｍａｘで負荷電流を制限せざるを得ない。即ち負荷電流は、
Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＝２×Ｉｍａｘ
となり、本来内部抵抗にバラツキが無ければＩ０＝３×Ｉｍａｘの負荷電流が利用できるが、上記のようなバラツキがあると電池群３１０が他の電池群１１０、２１０の２倍の電流が流れるため、電池群３１０が先に上限に達し、電池群３１０が上限を超えないようにするため負荷電流Ｉ０の最大値を２／３に低減して使用せざるを得ないという問題があった。
【０００５】
これを解消する手段の従来例を図９に示す。図９のようにチョッパ形の直流電圧変換器１７０、２７０、・・・を設け、各電池群１１０、２１０、・・・ごとに電流制御し、各群の充放電電流を制御しバランスさせる方法も提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記図７の従来例の場合には、上述のように、電池群の内部抵抗にバラツキがあると特定の電池群が他の電池群よりも大きい電流が流れるため、その電池群が先に上限に達し、負荷電流Ｉ０の最大値を低減して使用せざるを得ないという問題点があった。
【０００７】
また、上記図９の従来例の場合には、直流電圧変換器自体が直列電池群の発生する合計電圧以上の高電圧回路が必要となり、体積・コスト的に不利な要素となってしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明の目的は、多数の２次電池を直列接続しさらにこれを複数並列接続して大容量の蓄電装置を構成するものにおいて、各直列接続された電池群の群間のバランスを取って群間のバランスを確保し各ブロックが最大蓄電機能を発揮できる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の蓄電装置は、蓄電素子を複数個直列接続した直列蓄電素子群と前記直列蓄電素子群に直列接続された可変抵抗回路と前記直列蓄電素子群の充放電電流、充電状態を監視するとともに前記可変抵抗回路の等価抵抗を制御する制御手段よりなる蓄電ブロックを複数個並列接続した蓄電ブロック群と各蓄電ブロック内の前記制御手段と情報交換を行う統括制御部を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電素子を複数個直列接続した直列蓄電素子群とこれに直列接続する等価抵抗を可変制御可能な可変抵抗回路を設け蓄電ブロック構成しこれを複数個並列接続することにより大容量でかつ蓄電ブロック間のアンバランス補正が可能な蓄電装置が容易に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
本発明は、直流電圧変換器により直接電池群出力電流を制御するのでなく、図１に示すように、電池群に直列に挿入した可変抵抗回路により、直列構成された電池群の合計内部抵抗と挿入した可変抵抗回路の等価抵抗値との和を電池群ごとに制御し電流バランスをとるものである。
【００１２】
図１０にその基本的考え方を示す。図１０の（ａ）は直列接続された電池群１１０、２１０、３１０の陽極側、図１０の（ｂ）は直列接続された電池群１１０、２１０、３１０の負極側に可変抵抗回路１４０、２４０、３４０を挿入した蓄電ブロック１００、２００、３００を構成しこれらを並列接続した例であるが、可変抵抗回路は電池群に直列に挿入されればどの位置に入れても効果は同じである。
【００１３】
即ち、２次電池を複数個直列接続した電池群に対し抵抗値を可変制御可能な可変抵抗回路を直列接続したものをひとつの蓄電ブロックとし、これらをさらに並列に接続し蓄電装置とする。可変抵抗回路は、蓄電ブロック毎にばらつく直列電池群の合計内部抵抗の最小値と可変抵抗回路の等価抵抗値の最大値の合計が直列電池群の合計内部抵抗の最大値より大きくなるよう設計される。したがって、可変抵抗回路の等価抵抗を制御することにより各蓄電ブロックの合計内部抵抗を同じになるよう制御することが可能であり、各蓄電ブロックの充放電電流をバランスさせ最大の充放電容量を保たせることが可能となる。
【００１４】
また、電池群に直列に挿入する可変抵抗回路は電池群毎の抵抗電圧降下分のみの電圧バラツキを補正する程度であるから、図９の例のように直列電池群に並列に直流電圧変換回路１７０を挿入して直列電池群全体が発生する電圧のような高電圧を処理する必要は無いので設計・製作も容易である。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の実施例の蓄電装置の構成を示す図である。
【００１６】
蓄電装置５００は、蓄電ブロック１００、２００を並列接続するとともに、各蓄電ブロックの状態情報を入力し蓄電装置全体としての蓄電装置５００の状態を監視し、かつ蓄電装置５００内の各蓄電ブロック１００、２００及び蓄電装置５００の外部の外部制御器６００へ蓄電装置全体としての状態情報の出力を行う統括制御器４００より構成される。
【００１７】
本実施例では２つの蓄電ブロック１００、２００を持つ場合で説明しているが、さらに多くの蓄電ブロックを接続しても同様である。蓄電ブロック１００、２００は同一構成であり、以下蓄電ブロック１００についてのみ説明するが、蓄電ブロック２００も全く同一である。
【００１８】
蓄電ブロック１００は２次電池、例えば、リチウムイオン電池１０１〜１０４を直列に接続した電池群１１０と可変抵抗回路１４０とを直列接続しており、各２次電池１０１〜１０４には電池の状態を監視するとともに直列の電池間で充電率を一致させる電池制御器１１１〜１１４がそれぞれ設けられる。
【００１９】
以下充電率をＳＯＣ（State of Charge）と略す。また、電池制御器１１１〜１１４と情報交換し直列接続の電池群１１０の状態監視、状態情報の生成を行い、かつ統括制御器４００との情報交換により他の蓄電ブロックの状態情報を入力する電池群制御器１２０が設けられる。更に、電池群制御器１２０より他の蓄電ブロックを含む蓄電装置５００全体の充放電電流、蓄電装置５００全体のＳＯＣ情報、当該蓄電ブロック１１０のＳＯＣなどの情報を得るとともに電流検出器１５０から電池群１１０の充放電電流の値を得て前記可変抵抗回路１４０を制御する群間バランス制御器１３０が設けられている。
【００２０】
図２に本発明の実施例の可変抵抗回路１４０の構成を示す。可変抵抗回路１４０はインダクタンス６と直列電池群１１０の充放電電流を抑制する抵抗器５とを直列接続し、ＩＧＢＴ１（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のエミッタとダイオード３のアノードを接続しＩＧＢＴ１のコレクタとダイオード３のカソードを接続し並列接続したＩＧＢＴ１とダイオード３の組、及び、同様に、ＩＧＢＴ２のエミッタとダイオード４のアノードを接続しＩＧＢＴ２のコレクタとダイオード４のカソードを接続し並列接続したＩＧＢＴ２とダイオード４の組とをＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２のエミッタ同志で接続して直列接続とした回路を抵抗器５の両端間に並列接続している。
【００２１】
そして、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２をオン動作させることにより抵抗器５に流れる電流をＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２およびダイオード３及びダイオード４よりなる回路にバイパスできるようにしている。
【００２２】
また、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２のゲートは群間バランス制御器１３０により駆動制御される。したがって外部等価電圧１９０（Ｖｏ）は外部等価抵抗１８０（Ｒｏ）と、この可変抵抗回路１４０との直列回路に印加されることになる。
【００２３】
図３、図４および図５に可変抵抗回路１４０の動作を示す。ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオフ時は外部等価抵抗１８０（Ｒｏ）と抵抗器５の抵抗値Ｒｃとの合計、即ち（Ｒｏ＋Ｒｃ）にＶｏが印加され、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオン時は可変抵抗回路１４０の抵抗値Ｒｃは、略０であるため外部等価抵抗１８０（Ｒｏ）のみに外部等価電圧１９０（Ｖｏ）が印加される。
【００２４】
今、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がＴｃの周期でｋ・Ｔｃ間オン、（１−ｋ）Ｔｃ間オフを繰り返すとすると、インダクタンス６の平滑効果が無ければ、図３のようにＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオン時はＩＭ＝Ｖｏ／Ｒｏ、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオフ時はＩｍ＝Ｖｏ／（Ｒｏ＋Ｒｃ）の電流が流れる。実際にはインダクタンス６の平滑効果により図４に示すようにＡＢＣＤＥのような脈流波形の電流が流れる。この脈流波形の平均値Ｉｈは定常状態ではＡＣＥの各点の電流値が等しいことより以下のように求められる。
【００２５】
即ち、Ｉｈ＝Ｉｍ＋ΔＩとし、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオン中の時定数をＴ１、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオフ中の時定数をＴ２とすると
【数２】
ここで
Ｅｔ１＝ｅｘｐ（−ｋＴ１／Ｔｃ）
Ｅｔ２＝ｅｘｐ（（１−ｋ）Ｔ２／Ｔｃ）
と求められる。式（２）の第２項は図５の曲線ｂに示すようなｋ−１からｋまでの範囲を出ない滑らかな関数で、式（２）の全体は図５の曲線ａに示すようなｋに対して単調な増加関数である。また、
ｋ＝０のとき、ΔＩ＝０
ｋ＝１のとき、ΔＩ＝ＩＭ−Ｉｍ
となる。
【００２６】
したがって、係数ｋを調節することにより容易にΔＩをＩｍからＩＭの間で制御できる。即ち、抵抗器５の抵抗値Ｒｃが蓄電ブロック毎の内部抵抗のバラツキを補正できる程度に適切な抵抗値の値が選択されていれば蓄電ブロック間の電流アンバランスを補正することが可能である。
【００２７】
図６に群間バランス制御器１３０のより詳細な構成を示す。
電池群制御器１２０より入力する電池群１１０の蓄電率ＳＯＣと、あらかじめ設定された電池群１１０の許容最大蓄電率ＳＯＣＭＡＸを入力し、減算手段１１によりＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣの値を得るとともに、統括制御器４００にて算出され電池群制御器１２０を経由して得られる蓄電装置５００全体での平均蓄電率ＳＯＣＡＶを入力し、減算手段１３によってＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣＡＶの値を得、割り算手段１２により前記ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣの値とＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣＡＶの値との比、即ち（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣ）／（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣＡＶ）を求め、これを充電係数Ａとする。
【００２８】
同様に、電池群１１０のＳＯＣと、あらかじめ設定された電池群１１０の許容最小蓄電率ＳＯＣＭＩＮを入力し、減算手段１４によりＳＯＣＭＩＮ−ＳＯＣの値を得るとともに、電池群１１０の蓄電率ＳＯＣと蓄電装置５００全体での平均蓄電率ＳＯＣＡＶを入力し、減算手段１６によってＳＯＣＭＩＮ−ＳＯＣＡＶの値を得、割り算手段１５により前記ＳＯＣＭＩＮ−ＳＯＣの値とＳＯＣＭＩＮ−ＳＯＣＡＶの値との比、即ち（ＳＯＣ−ＳＯＣＭＩＮ）／（ＳＯＣＡＶ−ＳＯＣＭＩＮ）を求めこれを放電係数Ｂとする。
【００２９】
これら、充電係数Ａと放電係数Ｂは、切り替え手段１７によって以下のように選択される。即ち、可変抵抗回路１４０に流れる電流を検出する電流検出器１５０の電流極性により電池群１１０への充放電を判定する充放電判定機能２３と、これにより駆動される切り替え手段１７により電池群１１０に充電の向きに電流が流れている時には充電係数Ａが選択され、一方、電池群１１０に放電の向きに電流が流れている時には放電係数Ｂが選択される。
【００３０】
選択された充電係数または放電係数である係数Ｄは、統括制御器４００にて算出され電池群制御器１２０を経由して得られる蓄電装置５００全体での平均充放電電流Ｉａｖと乗算手段１８により乗算され、さらに微少量Ｉαが加算手段１９により加算され、さらにあらかじめ設定された電池群１１０の許容最大電流Ｉｍａｘとの低位を選択する低位優先機能２０によりＩｍａｘ以下に制限された制御目標電流Ｇが設定される。
【００３１】
この目標値Ｇに対し、可変抵抗回路１４０に流れる電流を電流検出器１５０及び絶対値検出手段２２によりフィードバックして、目標値Ｇに一致するようＰＷＭ変調機能２１により可変抵抗回路１４０の半導体スイッチング素子のオン時間比率、即ち、図３、４、５で説明したｋを調節することにより制御を行う。
【００３２】
上記のように制御することにより、蓄電装置５００の電流が増加し、ある程度大きな電流が流れるときには、個々の蓄電ブロックでは、その電池群に流れる電流が許容最大値Ｉｍａｘに達したものはＩｍａｘで制限制御されるとともに、他のＩｍａｘに達していない蓄電ブロックではさらに電流を増加させることになる。これにより、一部の蓄電ブロックがＩｍａｘを大きく超えることなく、全体の蓄電ブロックがＩｍａｘに達するまで蓄電装置５００の電流を増加させることが可能である。
【００３３】
一方、蓄電装置５００の電流が大きくなく、個々の蓄電ブロックの電池群に流れる電流がＩｍａｘに達していない場合には、充電時は制御目標の電流値は微小値Ｉαを無視すれば、
【数３】
である。（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣＡＶ）の値は蓄電装置内の各蓄電ブロックの平均充電余力を示しており、（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣ）の値は当該電池ブロックの充電余力を示しているから（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣ）の値が大きいもの、即ち、ＳＯＣが小さく充電率が低いブロックはより多くの充電電流を流し、逆に（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣ）の値が小さいもの、即ち、ＳＯＣが大きく充電率が高いブロックはより少ない充電電流を流すので各蓄電ブロックの充電率は相互にバランスするように充電電流が制御される。
【００３４】
同様に、放電時においては、制御目標の電流値は微小値Ｉαを無視すれば、
【数４】
である。（ＳＯＣＡＶ−ＳＯＣＭＩＮ）の値は蓄電装置内の各蓄電ブロックの平均放電余力を示しており（ＳＯＣ−ＳＯＣＭＩＮ）の値は当該電池ブロックの放電余力を示しているから（ＳＯＣ−ＳＯＣＭＩＮ）の値が大きいもの、即ち、ＳＯＣが大きく充電率が大きいブロックはより多くの放電電流を流し、逆に（ＳＯＣ−ＳＯＣＭＩＮ）の値が小さいもの即ちＳＯＣが小さく充電率が低いブロックはより少ない放電電流を流すので各蓄電ブロックの充電率は相互にバランスするように放電電流が制御される。
【００３５】
また、ここでＮ個の蓄電ブロックからなる蓄電装置において、ｎ番目の蓄電ブロックの蓄電率をＳＯＣｎとすると蓄電装置に流れる電流Ｉ０はＮ個の蓄電ブロックに流れる電流の合計であるから、
充電時においては、
【数５】
である。同様に、放電時においては
【数６】
ここで、ＳＯＣＡＶは全部の蓄電ブロックの平均であるから
【数７】
したがって、式（５）、式（６）または、式（５）、式（７）より
【数８】
である。
【００３６】
即ち、充電時または放電時のいずれにおいても、蓄電装置全体としての電流は全部の蓄電ブロックが平均電流を流している場合と同じである。したがって各ブロックが式（３）、あるいは式（４）のように電流値を個別に制御しても蓄電装置全体で流れる電流値は各蓄電ブロックに平均電流が流れているのと同じであり全体の電流は影響されない。
【００３７】
以上説明したように、各蓄電ブロックは相互に充電率ＳＯＣをバランスさせるように動作するが、式（３）、式（４）は、各蓄電ブロック間の相対的な電流、即ち、可変抵抗回路の等価抵抗値を定めるものであるから、相対的な関係を保ちつつ平均的な抵抗値を自由に取りうる。
【００３８】
省エネルギーの観点から、可変抵抗回路１４０の等価抵抗値は可能なかぎり小さく制御されるほうが好ましい。この目的で、図６の加算手段１９により微小値Ｉαが制御目標値に加算される。即ち、微小値Ｉαが加算されることに各蓄電ブロックは式（３）あるいは式（４）で示す値よりもやや多めに電流を流すように制御される。即ち、等価抵抗値を小さくするよう制御される。
【００３９】
このため、蓄電装置全体に流れる電流は、式（８）に示す値よりＮ・Ｉαだけ大きく電流を流すように制御されることになるが、一方、蓄電装置につながる外部機器は蓄電装置との間の電流をシステム仕様上で定まる電流値になるよう働くため、平均充放電電流Ｉａｖは自由には増加せず、各蓄電ブロックはさらに等価抵抗値を小さくするよう動作する。
【００４０】
このような動作により各蓄電ブロックの可変抵抗回路は等価抵抗を下げる方向に移行し、一部の蓄電ブロックにおいて等価抵抗が最低値になりそれ以上電流増加制御が出来なくなるブロックが現れる。これらの蓄電ブロックにより生ずる電流不足分と、等価抵抗が最低値に至らず、式（３）あるいは式（４）で示す値より微小値Ｉαの分だけ大きく電流を流すように制御している蓄電ブロックの過大分がバランスするところで安定する。
【００４１】
即ち、各蓄電ブロックの可変抵抗回路の等価抵抗は一部のブロックで最低値となり他の蓄電ブロックはこれらの蓄電ブロックを基準として式（３）または式（４）により定まる電流を流すよう可変抵抗回路の等価抵抗値が制御されるため、各蓄電ブロックでは可変抵抗回路の等価抵抗値が充電率ＳＯＣのバランスをとる関係を保ちながら、そのうちの最小値に制御される。
【００４２】
以上説明したように、直列接続した２次電池と可変抵抗回路をさらに直列接続した蓄電ブロックをさらに複数並列接続し、可変抵抗回路の等価抵抗を制御して各蓄電ブロックの電流を制御することにより大規模な蓄電装置の構成が可能でありかつ各蓄電ブロック内の直列接続した２次電池の充電率、最大電流のバランス制御が可能である。また本発明に使用する可変抵抗回路は各蓄電ブロック内の２次電池の特性や充電率のバラツキを補正する程度の回路電圧であるから、直列接続した電池電圧に比べ比較的低電圧の回路で構成でき低コスト、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の実施例の蓄電装置の構成を示す図である。
【図２】図２は本発明の実施例の蓄電装置に用いる可変抵抗回路の構成の詳細を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施例の蓄電装置に用いる可変抵抗回路の制御動作を示す説明図である。
【図４】図４は本発明の実施例の蓄電装置に用いる可変抵抗回路の動作を示す説明図である。
【図５】図５は本発明の実施例の蓄電装置に用いる可変抵抗回路の特性を示す図である。
【図６】図６は本発明の実施例の蓄電装置に用いる群間バランス制御器の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は従来例の一般に考えられる大容量蓄電装置を示す図である。
【図８】図８は従来例の一般に考えられる大容量蓄電装置の動作を示す図である。
【図９】図９は従来例の大容量蓄電装置のアンバランス補正方法を示す図である。
【図１０】図１０は本発明の蓄電装置の基本的考え方を説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，２ ＩＧＢＴ
３，４ ダイオード
５ 抵抗器
６ インダクタンス
１１，１３，１４，１６ 減算手段
１２，１５ 割り算手段
１７ 切り替え手段
１８ 乗算手段
１９ 加算手段
２０ 低位優先機能
２１ ＰＷＭ変調機能
２２ 絶対値検出手段
２３ 充放電判定機能
１００，２００，３００ 蓄電ブロック
１０１，１０２，１０３，１０４ ２次電池
２０１，２０２，２０３，２０４ ２次電池
１１０，２１０，３１０ 電池群
１１１，１１２，１１３，１１４ 電池制御器
２１１，２１２，２１３，２１４ 電池制御器
１２０，２２０ 電池群制御器
１３０，２３０ 群間バランス制御器
１４０，２４０，３４０ 可変抵抗回路
１５０，２５０ 電流検出器
１７０，２７０ 直流電圧変換器
１８０ 外部等価抵抗
１９０ 外部等価電圧
４００ 統括制御器
５００ 蓄電装置
６００ 外部制御器
７００ 負荷・電源装置
８００ 負荷装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きなパワーを処理する目的で蓄電素子を多数組み合わせ使用する蓄電装置にかかわり、特に、複数個の蓄電素子を直列接続した蓄電素子群をさらに複数群並列接続して使用する蓄電装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化などの環境問題の指摘により、蓄電装置、特に２次電池や電気２重層キャパシタなどの蓄電素子を応用した各種のエネルギーの有効利用が提案されている。以下、蓄電素子の代表として２次電池を例にとり説明するが必ずしも２次電池に限定するものではない。
【０００３】
２次電池応用システムにおいて利用するパワーがある程度大きくなると、２次電池を直列に接続するのみでなくさらにこれを多数並列接続し大パワーに対応する必要が生じる。
例えば、図７の従来例に示すように多数の２次電池を直並列する構成が考えられる。このとき個々の２次電池は小さい値ながら各々内部抵抗を有しており、その内部抵抗は製造バラツキのみならず、経年によっても増加する。したがって、ある程度使用した後２次電池の一部交換などを行う場合、内部抵抗の大きな差を内在させたまま使用する可能性がある。
【０００４】
この場合、例えば、図８に示すように複数個の２次電池を直列した電池群１１０、２１０、３１０の各々の群内の合計内部抵抗をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、電池の群内の合計発生電圧をＶｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３とし、負荷回路電圧をＶＬ、負荷電流をＩ０とすれば、各電池群１１０、２１０、３１０の電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は
Ｉ１＝（Ｖｂ１−ＶＬ）／Ｒ１
Ｉ２＝（Ｖｂ２−ＶＬ）／Ｒ２
Ｉ３＝（Ｖｂ３−ＶＬ）／Ｒ３
Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３
ここでＶｂ１＝Ｖｂ２＝Ｖｂ３、即ち電池の発生電圧が同じでＲ３＝Ｒ１／２、Ｒ１＝Ｒ２、即ち電池群３１０のみが何らかの理由により内部抵抗が１／２の小さいものが使用されたとすれば
【数１】
即ち、電池群３１０のみ２倍の電流が流れることになる。電池群１１０〜３１０が同一仕様の電池で各々の電池の許容電流の上限値がＩｍａｘとすると式（１）の関係よりＩ３＝Ｉｍａｘとなった時点でそれ以上の電流は流せないからＩ１＝Ｉ２＝１／２×Ｉｍａｘで負荷電流を制限せざるを得ない。即ち負荷電流は、
Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＝２×Ｉｍａｘ
となり、本来内部抵抗にバラツキが無ければＩ０＝３×Ｉｍａｘの負荷電流が利用できるが、上記のようなバラツキがあると電池群３１０が他の電池群１１０、２１０の２倍の電流が流れるため、電池群３１０が先に上限に達し、電池群３１０が上限を超えないようにするため負荷電流Ｉ０の最大値を２／３に低減して使用せざるを得ないという問題があった。
【０００５】
これを解消する手段の従来例を図９に示す。図９のようにチョッパ形の直流電圧変換器１７０、２７０、・・・を設け、各電池群１１０、２１０、・・・ごとに電流制御し、各群の充放電電流を制御しバランスさせる方法も提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記図７の従来例の場合には、上述のように、電池群の内部抵抗にバラツキがあると特定の電池群が他の電池群よりも大きい電流が流れるため、その電池群が先に上限に達し、負荷電流Ｉ０の最大値を低減して使用せざるを得ないという問題点があった。
【０００７】
また、上記図９の従来例の場合には、直流電圧変換器自体が直列電池群の発生する合計電圧以上の高電圧回路が必要となり、体積・コスト的に不利な要素となってしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明の目的は、多数の２次電池を直列接続しさらにこれを複数並列接続して大容量の蓄電装置を構成するものにおいて、各直列接続された電池群の群間のバランスを取って群間のバランスを確保し各ブロックが最大蓄電機能を発揮できる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の蓄電装置は、蓄電素子を複数個直列接続した直列蓄電素子群と前記直列蓄電素子群に直列接続された可変抵抗回路と前記直列蓄電素子群の充放電電流、充電状態を監視するとともに前記可変抵抗回路の等価抵抗を制御する制御手段よりなる蓄電ブロックを複数個並列接続した蓄電ブロック群と各蓄電ブロック内の前記制御手段と情報交換を行う統括制御部を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電素子を複数個直列接続した直列蓄電素子群とこれに直列接続する等価抵抗を可変制御可能な可変抵抗回路を設け蓄電ブロック構成しこれを複数個並列接続することにより大容量でかつ蓄電ブロック間のアンバランス補正が可能な蓄電装置が容易に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
本発明は、直流電圧変換器により直接電池群出力電流を制御するのでなく、図１に示すように、電池群に直列に挿入した可変抵抗回路により、直列構成された電池群の合計内部抵抗と挿入した可変抵抗回路の等価抵抗値との和を電池群ごとに制御し電流バランスをとるものである。
【００１２】
図１０にその基本的考え方を示す。図１０の（ａ）は直列接続された電池群１１０、２１０、３１０の陽極側、図１０の（ｂ）は直列接続された電池群１１０、２１０、３１０の負極側に可変抵抗回路１４０、２４０、３４０を挿入した蓄電ブロック１００、２００、３００を構成しこれらを並列接続した例であるが、可変抵抗回路は電池群に直列に挿入されればどの位置に入れても効果は同じである。
【００１３】
即ち、２次電池を複数個直列接続した電池群に対し抵抗値を可変制御可能な可変抵抗回路を直列接続したものをひとつの蓄電ブロックとし、これらをさらに並列に接続し蓄電装置とする。可変抵抗回路は、蓄電ブロック毎にばらつく直列電池群の合計内部抵抗の最小値と可変抵抗回路の等価抵抗値の最大値の合計が直列電池群の合計内部抵抗の最大値より大きくなるよう設計される。したがって、可変抵抗回路の等価抵抗を制御することにより各蓄電ブロックの合計内部抵抗を同じになるよう制御することが可能であり、各蓄電ブロックの充放電電流をバランスさせ最大の充放電容量を保たせることが可能となる。
【００１４】
また、電池群に直列に挿入する可変抵抗回路は電池群毎の抵抗電圧降下分のみの電圧バラツキを補正する程度であるから、図９の例のように直列電池群に並列に直流電圧変換回路１７０を挿入して直列電池群全体が発生する電圧のような高電圧を処理する必要は無いので設計・製作も容易である。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の実施例の蓄電装置の構成を示す図である。
【００１６】
蓄電装置５００は、蓄電ブロック１００、２００を並列接続するとともに、各蓄電ブロックの状態情報を入力し蓄電装置全体としての蓄電装置５００の状態を監視し、かつ蓄電装置５００内の各蓄電ブロック１００、２００及び蓄電装置５００の外部の外部制御器６００へ蓄電装置全体としての状態情報の出力を行う統括制御器４００より構成される。
【００１７】
本実施例では２つの蓄電ブロック１００、２００を持つ場合で説明しているが、さらに多くの蓄電ブロックを接続しても同様である。蓄電ブロック１００、２００は同一構成であり、以下蓄電ブロック１００についてのみ説明するが、蓄電ブロック２００も全く同一である。
【００１８】
蓄電ブロック１００は２次電池、例えば、リチウムイオン電池１０１〜１０４を直列に接続した電池群１１０と可変抵抗回路１４０とを直列接続しており、各２次電池１０１〜１０４には電池の状態を監視するとともに直列の電池間で充電率を一致させる電池制御器１１１〜１１４がそれぞれ設けられる。
【００１９】
以下充電率をＳＯＣ（State of Charge）と略す。また、電池制御器１１１〜１１４と情報交換し直列接続の電池群１１０の状態監視、状態情報の生成を行い、かつ統括制御器４００との情報交換により他の蓄電ブロックの状態情報を入力する電池群制御器１２０が設けられる。更に、電池群制御器１２０より他の蓄電ブロックを含む蓄電装置５００全体の充放電電流、蓄電装置５００全体のＳＯＣ情報、当該蓄電ブロック１１０のＳＯＣなどの情報を得るとともに電流検出器１５０から電池群１１０の充放電電流の値を得て前記可変抵抗回路１４０を制御する群間バランス制御器１３０が設けられている。
【００２０】
図２に本発明の実施例の可変抵抗回路１４０の構成を示す。可変抵抗回路１４０はインダクタンス６と直列電池群１１０の充放電電流を抑制する抵抗器５とを直列接続し、ＩＧＢＴ１（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のエミッタとダイオード３のアノードを接続しＩＧＢＴ１のコレクタとダイオード３のカソードを接続し並列接続したＩＧＢＴ１とダイオード３の組、及び、同様に、ＩＧＢＴ２のエミッタとダイオード４のアノードを接続しＩＧＢＴ２のコレクタとダイオード４のカソードを接続し並列接続したＩＧＢＴ２とダイオード４の組とをＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２のエミッタ同志で接続して直列接続とした回路を抵抗器５の両端間に並列接続している。
【００２１】
そして、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２をオン動作させることにより抵抗器５に流れる電流をＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２およびダイオード３及びダイオード４よりなる回路にバイパスできるようにしている。
【００２２】
また、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２のゲートは群間バランス制御器１３０により駆動制御される。したがって外部等価電圧１９０（Ｖｏ）は外部等価抵抗１８０（Ｒｏ）と、この可変抵抗回路１４０との直列回路に印加されることになる。
【００２３】
図３、図４および図５に可変抵抗回路１４０の動作を示す。ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオフ時は外部等価抵抗１８０（Ｒｏ）と抵抗器５の抵抗値Ｒｃとの合計、即ち（Ｒｏ＋Ｒｃ）にＶｏが印加され、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオン時は可変抵抗回路１４０の抵抗値Ｒｃは、略０であるため外部等価抵抗１８０（Ｒｏ）のみに外部等価電圧１９０（Ｖｏ）が印加される。
【００２４】
今、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がＴｃの周期でｋ・Ｔｃ間オン、（１−ｋ）Ｔｃ間オフを繰り返すとすると、インダクタンス６の平滑効果が無ければ、図３のようにＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオン時はＩＭ＝Ｖｏ／Ｒｏ、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオフ時はＩｍ＝Ｖｏ／（Ｒｏ＋Ｒｃ）の電流が流れる。実際にはインダクタンス６の平滑効果により図４に示すようにＡＢＣＤＥのような脈流波形の電流が流れる。この脈流波形の平均値Ｉｈは定常状態ではＡＣＥの各点の電流値が等しいことより以下のように求められる。
【００２５】
即ち、Ｉｈ＝Ｉｍ＋ΔＩとし、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオン中の時定数をＴ１、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２がオフ中の時定数をＴ２とすると
【数２】
ここで
Ｅｔ１＝ｅｘｐ（−ｋＴ１／Ｔｃ）
Ｅｔ２＝ｅｘｐ（（１−ｋ）Ｔ２／Ｔｃ）
と求められる。式（２）の第２項は図５の曲線ｂに示すようなｋ−１からｋまでの範囲を出ない滑らかな関数で、式（２）の全体は図５の曲線ａに示すようなｋに対して単調な増加関数である。また、
ｋ＝０のとき、ΔＩ＝０
ｋ＝１のとき、ΔＩ＝ＩＭ−Ｉｍ
となる。
【００２６】
したがって、係数ｋを調節することにより容易にΔＩをＩｍからＩＭの間で制御できる。即ち、抵抗器５の抵抗値Ｒｃが蓄電ブロック毎の内部抵抗のバラツキを補正できる程度に適切な抵抗値の値が選択されていれば蓄電ブロック間の電流アンバランスを補正することが可能である。
【００２７】
図６に群間バランス制御器１３０のより詳細な構成を示す。
電池群制御器１２０より入力する電池群１１０の蓄電率ＳＯＣと、あらかじめ設定された電池群１１０の許容最大蓄電率ＳＯＣＭＡＸを入力し、減算手段１１によりＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣの値を得るとともに、統括制御器４００にて算出され電池群制御器１２０を経由して得られる蓄電装置５００全体での平均蓄電率ＳＯＣＡＶを入力し、減算手段１３によってＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣＡＶの値を得、割り算手段１２により前記ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣの値とＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣＡＶの値との比、即ち（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣ）／（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣＡＶ）を求め、これを充電係数Ａとする。
【００２８】
同様に、電池群１１０のＳＯＣと、あらかじめ設定された電池群１１０の許容最小蓄電率ＳＯＣＭＩＮを入力し、減算手段１４によりＳＯＣＭＩＮ−ＳＯＣの値を得るとともに、電池群１１０の蓄電率ＳＯＣと蓄電装置５００全体での平均蓄電率ＳＯＣＡＶを入力し、減算手段１６によってＳＯＣＭＩＮ−ＳＯＣＡＶの値を得、割り算手段１５により前記ＳＯＣＭＩＮ−ＳＯＣの値とＳＯＣＭＩＮ−ＳＯＣＡＶの値との比、即ち（ＳＯＣ−ＳＯＣＭＩＮ）／（ＳＯＣＡＶ−ＳＯＣＭＩＮ）を求めこれを放電係数Ｂとする。
【００２９】
これら、充電係数Ａと放電係数Ｂは、切り替え手段１７によって以下のように選択される。即ち、可変抵抗回路１４０に流れる電流を検出する電流検出器１５０の電流極性により電池群１１０への充放電を判定する充放電判定機能２３と、これにより駆動される切り替え手段１７により電池群１１０に充電の向きに電流が流れている時には充電係数Ａが選択され、一方、電池群１１０に放電の向きに電流が流れている時には放電係数Ｂが選択される。
【００３０】
選択された充電係数または放電係数である係数Ｄは、統括制御器４００にて算出され電池群制御器１２０を経由して得られる蓄電装置５００全体での平均充放電電流Ｉａｖと乗算手段１８により乗算され、さらに微少量Ｉαが加算手段１９により加算され、さらにあらかじめ設定された電池群１１０の許容最大電流Ｉｍａｘとの低位を選択する低位優先機能２０によりＩｍａｘ以下に制限された制御目標電流Ｇが設定される。
【００３１】
この目標値Ｇに対し、可変抵抗回路１４０に流れる電流を電流検出器１５０及び絶対値検出手段２２によりフィードバックして、目標値Ｇに一致するようＰＷＭ変調機能２１により可変抵抗回路１４０の半導体スイッチング素子のオン時間比率、即ち、図３、４、５で説明したｋを調節することにより制御を行う。
【００３２】
上記のように制御することにより、蓄電装置５００の電流が増加し、ある程度大きな電流が流れるときには、個々の蓄電ブロックでは、その電池群に流れる電流が許容最大値Ｉｍａｘに達したものはＩｍａｘで制限制御されるとともに、他のＩｍａｘに達していない蓄電ブロックではさらに電流を増加させることになる。これにより、一部の蓄電ブロックがＩｍａｘを大きく超えることなく、全体の蓄電ブロックがＩｍａｘに達するまで蓄電装置５００の電流を増加させることが可能である。
【００３３】
一方、蓄電装置５００の電流が大きくなく、個々の蓄電ブロックの電池群に流れる電流がＩｍａｘに達していない場合には、充電時は制御目標の電流値は微小値Ｉαを無視すれば、
【数３】
である。（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣＡＶ）の値は蓄電装置内の各蓄電ブロックの平均充電余力を示しており、（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣ）の値は当該電池ブロックの充電余力を示しているから（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣ）の値が大きいもの、即ち、ＳＯＣが小さく充電率が低いブロックはより多くの充電電流を流し、逆に（ＳＯＣＭＡＸ−ＳＯＣ）の値が小さいもの、即ち、ＳＯＣが大きく充電率が高いブロックはより少ない充電電流を流すので各蓄電ブロックの充電率は相互にバランスするように充電電流が制御される。
【００３４】
同様に、放電時においては、制御目標の電流値は微小値Ｉαを無視すれば、
【数４】
である。（ＳＯＣＡＶ−ＳＯＣＭＩＮ）の値は蓄電装置内の各蓄電ブロックの平均放電余力を示しており（ＳＯＣ−ＳＯＣＭＩＮ）の値は当該電池ブロックの放電余力を示しているから（ＳＯＣ−ＳＯＣＭＩＮ）の値が大きいもの、即ち、ＳＯＣが大きく充電率が大きいブロックはより多くの放電電流を流し、逆に（ＳＯＣ−ＳＯＣＭＩＮ）の値が小さいもの即ちＳＯＣが小さく充電率が低いブロックはより少ない放電電流を流すので各蓄電ブロックの充電率は相互にバランスするように放電電流が制御される。
【００３５】
また、ここでＮ個の蓄電ブロックからなる蓄電装置において、ｎ番目の蓄電ブロックの蓄電率をＳＯＣｎとすると蓄電装置に流れる電流Ｉ０はＮ個の蓄電ブロックに流れる電流の合計であるから、
充電時においては、
【数５】
である。同様に、放電時においては
【数６】
ここで、ＳＯＣＡＶは全部の蓄電ブロックの平均であるから
【数７】
したがって、式（５）、式（６）または、式（５）、式（７）より
【数８】
である。
【００３６】
即ち、充電時または放電時のいずれにおいても、蓄電装置全体としての電流は全部の蓄電ブロックが平均電流を流している場合と同じである。したがって各ブロックが式（３）、あるいは式（４）のように電流値を個別に制御しても蓄電装置全体で流れる電流値は各蓄電ブロックに平均電流が流れているのと同じであり全体の電流は影響されない。
【００３７】
以上説明したように、各蓄電ブロックは相互に充電率ＳＯＣをバランスさせるように動作するが、式（３）、式（４）は、各蓄電ブロック間の相対的な電流、即ち、可変抵抗回路の等価抵抗値を定めるものであるから、相対的な関係を保ちつつ平均的な抵抗値を自由に取りうる。
【００３８】
省エネルギーの観点から、可変抵抗回路１４０の等価抵抗値は可能なかぎり小さく制御されるほうが好ましい。この目的で、図６の加算手段１９により微小値Ｉαが制御目標値に加算される。即ち、微小値Ｉαが加算されることに各蓄電ブロックは式（３）あるいは式（４）で示す値よりもやや多めに電流を流すように制御される。即ち、等価抵抗値を小さくするよう制御される。
【００３９】
このため、蓄電装置全体に流れる電流は、式（８）に示す値よりＮ・Ｉαだけ大きく電流を流すように制御されることになるが、一方、蓄電装置につながる外部機器は蓄電装置との間の電流をシステム仕様上で定まる電流値になるよう働くため、平均充放電電流Ｉａｖは自由には増加せず、各蓄電ブロックはさらに等価抵抗値を小さくするよう動作する。
【００４０】
このような動作により各蓄電ブロックの可変抵抗回路は等価抵抗を下げる方向に移行し、一部の蓄電ブロックにおいて等価抵抗が最低値になりそれ以上電流増加制御が出来なくなるブロックが現れる。これらの蓄電ブロックにより生ずる電流不足分と、等価抵抗が最低値に至らず、式（３）あるいは式（４）で示す値より微小値Ｉαの分だけ大きく電流を流すように制御している蓄電ブロックの過大分がバランスするところで安定する。
【００４１】
即ち、各蓄電ブロックの可変抵抗回路の等価抵抗は一部のブロックで最低値となり他の蓄電ブロックはこれらの蓄電ブロックを基準として式（３）または式（４）により定まる電流を流すよう可変抵抗回路の等価抵抗値が制御されるため、各蓄電ブロックでは可変抵抗回路の等価抵抗値が充電率ＳＯＣのバランスをとる関係を保ちながら、そのうちの最小値に制御される。
【００４２】
以上説明したように、直列接続した２次電池と可変抵抗回路をさらに直列接続した蓄電ブロックをさらに複数並列接続し、可変抵抗回路の等価抵抗を制御して各蓄電ブロックの電流を制御することにより大規模な蓄電装置の構成が可能でありかつ各蓄電ブロック内の直列接続した２次電池の充電率、最大電流のバランス制御が可能である。また本発明に使用する可変抵抗回路は各蓄電ブロック内の２次電池の特性や充電率のバラツキを補正する程度の回路電圧であるから、直列接続した電池電圧に比べ比較的低電圧の回路で構成でき低コスト、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の実施例の蓄電装置の構成を示す図である。
【図２】図２は本発明の実施例の蓄電装置に用いる可変抵抗回路の構成の詳細を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施例の蓄電装置に用いる可変抵抗回路の制御動作を示す説明図である。
【図４】図４は本発明の実施例の蓄電装置に用いる可変抵抗回路の動作を示す説明図である。
【図５】図５は本発明の実施例の蓄電装置に用いる可変抵抗回路の特性を示す図である。
【図６】図６は本発明の実施例の蓄電装置に用いる群間バランス制御器の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は従来例の一般に考えられる大容量蓄電装置を示す図である。
【図８】図８は従来例の一般に考えられる大容量蓄電装置の動作を示す図である。
【図９】図９は従来例の大容量蓄電装置のアンバランス補正方法を示す図である。
【図１０】図１０は本発明の蓄電装置の基本的考え方を説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，２ ＩＧＢＴ
３，４ ダイオード
５ 抵抗器
６ インダクタンス
１１，１３，１４，１６ 減算手段
１２，１５ 割り算手段
１７ 切り替え手段
１８ 乗算手段
１９ 加算手段
２０ 低位優先機能
２１ ＰＷＭ変調機能
２２ 絶対値検出手段
２３ 充放電判定機能
１００，２００，３００ 蓄電ブロック
１０１，１０２，１０３，１０４ ２次電池
２０１，２０２，２０３，２０４ ２次電池
１１０，２１０，３１０ 電池群
１１１，１１２，１１３，１１４ 電池制御器
２１１，２１２，２１３，２１４ 電池制御器
１２０，２２０ 電池群制御器
１３０，２３０ 群間バランス制御器
１４０，２４０，３４０ 可変抵抗回路
１５０，２５０ 電流検出器
１７０，２７０ 直流電圧変換器
１８０ 外部等価抵抗
１９０ 外部等価電圧
４００ 統括制御器
５００ 蓄電装置
６００ 外部制御器
７００ 負荷・電源装置
８００ 負荷装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電素子を複数個直列接続した直列蓄電素子群と前記直列蓄電素子群に直列接続された可変抵抗回路と前記直列蓄電素子群の充放電電流、充電状態を監視するとともに前記可変抵抗回路の等価抵抗を制御する制御手段よりなる蓄電ブロックを複数個並列接続した蓄電ブロック群と各蓄電ブロック内の前記制御手段と情報交換を行う統括制御部を備えることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記可変抵抗回路は前記直列蓄電素子群の充放電電流を抑制する抵抗器とインダクタンスを直列接続し、前記抵抗器の両端間に半導体スイッチング素子よりなる回路を並列接続し、前記半導体スイッチング素子よりなる回路の導通動作により前記抵抗器に流れる電流を前記半導体スイッチング素子よりなる回路にバイパスできるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記充放電電流を抑制する抵抗器は、前記直列蓄電素子群の内部抵抗の経年変化量も含めた最小値と最大値の差分より大きい抵抗値とすることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記蓄電装置全体の充放電電流および充電率と、前記蓄電装置内の各蓄電ブロックに分流される電流および前記蓄電ブロック単体での充電率とを監視し、分流される電流の割合を蓄電ブロック毎に前記可変抵抗回路で調整制御することを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記蓄電ブロック内の前記直列蓄電素子群の入出力電流と充電率を監視し、入出力電流が前記直列蓄電素子群の許容上限に接近したとき前記可変抵抗回路の等価抵抗を増大させ、前記入出力電流が前記直列蓄電素子群の許容上限に接近していない範囲では当該直列電池群の充電率を蓄電装置全体の平均充電率に合致するように等価抵抗値を調整制御することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項１】
蓄電素子を複数個直列接続した直列蓄電素子群と前記直列蓄電素子群に直列接続された可変抵抗回路と前記直列蓄電素子群の充放電電流、充電状態を監視するとともに前記可変抵抗回路の等価抵抗を制御する制御手段よりなる蓄電ブロックを複数個並列接続した蓄電ブロック群と各蓄電ブロック内の前記制御手段と情報交換を行う統括制御部を備えることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記可変抵抗回路は前記直列蓄電素子群の充放電電流を抑制する抵抗器とインダクタンスを直列接続し、前記抵抗器の両端間に半導体スイッチング素子よりなる回路を並列接続し、前記半導体スイッチング素子よりなる回路の導通動作により前記抵抗器に流れる電流を前記半導体スイッチング素子よりなる回路にバイパスできるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記充放電電流を抑制する抵抗器は、前記直列蓄電素子群の内部抵抗の経年変化量も含めた最小値と最大値の差分より大きい抵抗値とすることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記蓄電装置全体の充放電電流および充電率と、前記蓄電装置内の各蓄電ブロックに分流される電流および前記蓄電ブロック単体での充電率とを監視し、分流される電流の割合を蓄電ブロック毎に前記可変抵抗回路で調整制御することを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記蓄電ブロック内の前記直列蓄電素子群の入出力電流と充電率を監視し、入出力電流が前記直列蓄電素子群の許容上限に接近したとき前記可変抵抗回路の等価抵抗を増大させ、前記入出力電流が前記直列蓄電素子群の許容上限に接近していない範囲では当該直列電池群の充電率を蓄電装置全体の平均充電率に合致するように等価抵抗値を調整制御することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１４２０４０（Ｐ２０１０−１４２０４０Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６８８０（Ｐ２００８−３１６８８０）
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【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２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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