JP6026226B2 - 蓄電システム及び電源システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池パックを並列接続した蓄電システム及びこの蓄電システムを備えた電源システムに関する。

蓄電装置の大容量化は、複数の電池パックを並列接続することにより実現する。しかしながら、並列接続する各電池パック間の電圧差によっては、並列接続した瞬間に端子電圧の高い電池パックから端子電圧の低い電池パックに向かって大きな突入（横流）電流が流れてしまう。この横流電流は、電池パックの過電流や過熱などの異常状態を招来するなど、システムダウンの原因となる。このため、各電池パックに充電用スイッチと放電用スイッチを設け、このスイッチを制御することで横流防止を図ることが考えられる。

このような横流は、蓄電装置を設置した後の初回起動時や、蓄電装置の長期停止または障害からの復帰時、一部の電池パックを交換したとき等に発生する。
横流を防止するための対策として、各電池パックの端子電圧を検出し、電圧差が所定範囲内の電池パックのみを並列に充放電可能状態にして稼動させることにより、大きな横流が発生しないようにする方法が提案されている。

特開２００９−３３９３６号公報 特開２０１２−３４５２９号公報

従来の蓄電装置における横流防止方法は、蓄電装置の稼働中に休止している電池パックが存在することから、該蓄電装置に設置した総ての電池パックを有効に使用することができない。

従って、本発明の１つの目的は、蓄電装置に設置した複数の電池パックの総てを充放電可能状態にして効率良く使用することができる蓄電システムを実現することにある。具体的には、電池パックの定格充電電流値を超えることなく充電電流を段階的に引上げながら各電池パックを充電するプリチャージ（予備充電）を行うことにより、短時間に各電池パックの端子電圧の均等化を実現して総ての電池パックを並列に充放電可能状態にすることにある。

また、本発明の他の目的は、前記蓄電システムを使用することにより安定した電力供給を行うことができる電源システムを実現することにある。

本発明の特徴は、並列接続された複数の電池パックにおける総ての電池パックに対してプリチャージを行って総ての電池パックの端子電圧の差が所定範囲内となるように充電し、その後に総ての電池パックの充放電を可能に構成することを特徴とする。

そして、蓄電システムは、並列接続された複数の電池パックの総ての電池パックを外部回路に接続して並列に充放電制御する制御手段を備えた蓄電システムにおいて、前記制御手段は、前記総ての電池パックを充電のみ可能状態にして前記外部回路から給電を受けてプリチャージを行って総ての電池パックの端子電圧の差が所定範囲内となるように充電し、その後に総ての電池パックを前記外部回路に対して充放電可能状態にする制御を行うように構成したことを特徴とする。

前記プリチャージにおける前記制御手段による充電制御は、１つの電池パック当たりの定格充電電流値をＩsetとして、充電電流指令値Ｉref(1)の初期値として前記定格充電電流値Ｉsetを設定して充電を開始し、その後、所定時間経過後に各電池パックの充電電流を監視してその最大値Ｉbmax(1)を前記充電電流指令値Ｉref(1)から減算し、減算結果Ｉerr（Ｉref(1)−Ｉbmax(1)）に前記定格充電電流値Ｉsetを加算して新たな充電電流指令値Ｉref(2)を設定して充電を継続するように行う。これにより、電池パックの定格充電電流値を超えることなく、短時間に各電池パックの端子電圧の均等化を実現する。
また、前記各電池パックは、蓄電池と該蓄電池と直列接続した充電スイッチ及び放電スイッチを備え、前記制御手段は、前記電池パックの充放電を制御する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと充電スイッチ及び放電スイッチを制御する蓄電システムコントローラを備えたことを特徴とする。

また、電源システムは、商用電源と負荷を接続する商用電源回路と、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルの出力を商用電源回路に供給するＤＣ／ＤＣコンバータとインバータの直列回路と、前記インバータを商用電源回路に接続する電源切り換え回路と、これらを制御する電源システムコントローラを備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータの直列接続部を外部回路として前記蓄電システムを接続したことを特徴とする。
または、商用電源から情報機器に電力を供給するＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの直列回路と、これを制御する電源システムコントローラを備えた電源システムにおいて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの直列接続部を外部回路として前記蓄電システムを接続したことを特徴とする。

本発明の蓄電システムは、並列接続した複数の電池パックの総てを、プリチャージによって端子電圧の差を所定範囲内に制御するように充電し、その後に総ての電池パックの充放電を可能となるように構成したことで、総ての電池パックを効率良く使用することができる。

具体的には、定格充電電流値を超えることなく充電電流を段階的に引上げながら各電池パックを充電するプリチャージを行うことにより、短時間に各電池パックの端子電圧の均等化を実現し、総ての電池パックを並列に充放電可能状態にすることができる。

また、本発明の電源システムは、前記蓄電システムを使用することにより安定した電力供給を行うことができる。

本発明を適用した太陽光発電システムの実施例を示すブロック図である。 図１に示した蓄電システムのブロック図である。 蓄電システムによるプリチャージ制御の有無における電池パックの状態を示すタイムチャートである。 本発明を適用した情報機器電源システムの実施例を示すブロック図である。

本発明の蓄電システムは、並列接続された複数の電池パックの総ての電池パックを外部回路に接続して並列に充放電制御する制御手段を備えた構成とし、
前記各電池パックは、蓄電池と該蓄電池と直列接続した充電スイッチ及び放電スイッチを備え、前記制御手段は、前記電池パックの充放電を制御する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと充電スイッチ及び放電スイッチを制御する蓄電システムコントローラを備えた構成とし、
前記制御手段は、前記総ての電池パックを充電のみ可能状態にして前記外部回路から給電を受けてプリチャージを行い、総ての電池パックの端子電圧の差が所定範囲内となるように充電し、その後に総ての電池パックを前記外部回路に対して充放電可能状態にする制御を行うように構成する。

そして、前記制御手段は、システム起動時や電池パックの保守・交換時等の前記プリチャージにおける充電制御を、１つの電池パック当たりの定格充電電流値をＩsetとして、充電電流指令値Ｉref(1)の初期値として前記定格充電電流値Ｉsetを設定して充電を開始し、その後、所定時間経過後に各電池パックの充電電流を監視してその最大値Ｉbmax(1)を前記充電電流指令値Ｉref(1)から減算し、減算結果Ｉerr（Ｉref(1)−Ｉbmax(1)）に前記定格充電電流値Ｉsetを加算して新たな充電電流指令値Ｉref(2)を設定して充電を継続するように構成する。これにより、電池パックの定格充電電流値を超えることなく、短時間に各電池パックの端子電圧の均等化を実現する。

また、電源システムは、商用電源と負荷を接続する商用電源回路と、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルの出力を商用電源回路に供給するＤＣ／ＤＣコンバータとインバータの直列回路と、前記インバータを商用電源回路に接続する電源切り換え回路と、これらを制御する電源システムコントローラを備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータの直列接続部を外部回路として前記蓄電システムを接続する。

または、商用電源から情報機器に電力を供給するＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの直列回路と、これらを制御する電源システムコントローラを備えた電源システムにおいて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの直列接続部を外部回路として前記蓄電システムを接続する。

図１は、本発明を適用した太陽光発電システムのブロック図である。

この太陽光発電システムにおいて、太陽光発電パネル１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２とインバータ３と電源切り換え回路４を介して商用電源回路５に接続する。商用電源回路５は、商用電源６と交流負荷７を接続する回路手段である。電源切り換え回路４は、太陽光発電パネル１の発生電力を変換して出力される交流電力が十分に大きいときにはその電力を交流負荷７に供給（消費）及び／又は商用電源６に送電（売電）し、出力される交流電力が小さいときには商用電源６の電力を交流負荷７に供給（買電）するように機能する。なお、この太陽光発電システムにおける前記機能は、マイクロプロセッサを中心にして構成した発電システムコントローラ８による制御処理によって実現する。

すなわち、発電システムコントローラ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２やインバータ３の状態監視及び制御と、商用電源６の状態監視と、電源切り換え回路４の制御と、後述する蓄電システムの蓄電システムコントローラとの情報交換通信（交信）の処理を実行する。

蓄電システム９は、並列接続された複数の電池パック９ａ１、９ａ２…９ａｎと、この並列接続された複数の電池パック９ａ１〜９ａｎを充放電する外部回路となる前記ＤＣ／ＤＣコンバータ２とインバータ３の直列接続部（直流路）に接続する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂと、マイクロプロセッサを中心にして構成した蓄電システムコントローラ９ｃを備える。

蓄電システムコントローラ９ｃは、各電池パック９ａ１〜９ａｎと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂの状態監視及び充放電制御と、発電システムコントローラ８との交信の処理を行うように構成する。

このように構成した太陽光発電システムにおける蓄電システム９は、蓄電システムコントローラ９ｃによる制御によって、次のように機能する。すなわち、蓄電システムコントローラ９ｃは、先ず、電池パック９ａ１〜９ａｎの各状態を図示しない通信線により監視する。そして、蓄電残量や端子電圧が不足しているときやプリチャージ（予備充電）が必要と判断したときには、発電システムコントローラ８と交信して電池パック９ａ１〜９ａｎに対する充電可否を問い合わせる情報交換を行う。この充電可否の問合せを受けた発電システムコントローラ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２やインバータ３の状態監視の結果に基づいて、太陽光発電パネル１の発生電力が電池パック９ａ１〜９ａｎを充電可能状態にあると判断したときには、蓄電システムコントローラ９ｃに対して充電許可情報を送信する。そして、この充電許可情報を受信した蓄電システムコントローラ９ｃは、双方向コンバータ９ｂと電池パック９ａ１〜９ａｎを制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力を電源として電池パック９ａ１〜９ａｎを充電（プリチャージや補充電）する制御処理を実行する。なお、電池パックに例えばリチウムイオン二次電池を適用した構成では定電流−定電圧（Constant Current−Constant Voltage）充電が必要となるが、このための充電制御部（双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂのフィードバック制御部）は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂ側に内蔵しても良いし、蓄電システムコントローラ９ｃ側に内蔵しても良い。前者の場合、蓄電システムコントローラ９ｃはＤＣ／ＤＣコンバータ２に対し、充電実行の指示を行う。後者の場合はＤＣ／ＤＣコンバータ２に対して、スイッチング動作に必要なＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を送信する。

発電システムコントローラ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２やインバータ３の状態監視及び商用電源６の状態監視に基づいて、交流負荷７への給電は蓄電システム９から行うのが好ましいと判断したときには、蓄電システム９の蓄電システムコントローラ９ｃに対して給電可否を問合せる。この給電可否の問合せを受けた蓄電システムコントローラ９ｃは、電池パック９ａ１〜９ａｎの状態監視に基づいて電池パック９ａ１〜９ａｎの放電による給電が可能であると判断したときには、給電可能情報を発電システムコントローラ８に送信する。給電可能情報を受信した発電システムコントローラ８は、蓄電システム９から受電する制御に移行し、蓄電システムコントローラ９ｃに給電指示情報を送信する。

蓄電システムコントローラ９ｃは、発電システムコントローラ８から給電指示情報を受信すると、電池パック９ａ１〜９ａｎと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂを制御して電池パック９ａ１〜９ａｎを放電可能状態にすると共に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂによりインバータ３に対して電力を供給する制御を開始する。

給電指示情報を送信した発電システムコントローラ８は、蓄電システム９から供給される電力を交流負荷７に供給するようにインバータ２と電源切り換え回路４を制御する。

この放電制御も上述した充電制御同様、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂのフィードバック制御部を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂ側に内蔵しても良いし、蓄電システムコントローラ９ｃ側に内蔵しても良い。

このような太陽光発電システムによれば、太陽光発電パネル１の発生電力が低下したときには電池パック９ａ１〜９ａｎの蓄電エネルギーをインバータ３に供給して交流負荷７に給電することにより商用電源６からの売電量を軽減し、又は、商用電源６が停電し且つ太陽光発電パネル１の発生電力が低下したときでも交流負荷７への正常な給電が可能になる。

ところで、並列接続された各電池パック９ａ１〜９ａｎは、平常運転状態では、並列に充放電可能状態にされるが、例えば、システム構築の初期段階では各電池パック９ａ１〜９ａｎの蓄電残量や端子電圧に差があり、端子電圧の差が大きいときに各電池パック９ａ１〜９ａｎを並列に充放電可能状態にすると、大きな横流が発生する。

このような大きな横流の発生を防止するために、この蓄電システム９は、蓄電システムコントローラ９ｃによる制御によって、システム設置後の初回起動時や、蓄電システム９の長期停止や障害からの復帰時や、一部の電池パックを交換したときには、並列接続された複数の電池パック９ａ１〜９ａｎにおける総ての電池パック９ａ１〜９ａｎに対しプリチャージを行い、全電池パック９ａ１〜９ａｎの端子電圧の差が所定の範囲内になるように充電し、その後に全電池パック９ａ１〜９ａｎを並列にしての充放電を可能状態にするように構成する。

図２は、この実施例における蓄電システム９のブロック図である。

複数の電池パック９ａ１〜９ａｎは、総て同一構成であり、それぞれ、蓄電池９ａ１ａ〜９ａｎａと、前記蓄電池に直列接続した充電スイッチ９ａ１ｂ〜９ａｎｂ及び放電スイッチ９ａ１ｃ〜９ａｎｃと電圧及び電流センサ９ａ１ｄ〜９ａｎｄと、電池パックコントローラ９ａ１ｅ〜９ａｎｅを備える。

前記各蓄電池９ａ１ａ〜９ａｎａは、例えば、複数のリチウムイオン二次電池セルを直列又は並列接続してなる組電池によって構成される。

前記各充電スイッチ９ａ１ｂ〜９ａｎｂは、充電方向の通電可否を制御する半導体スイッチ（例えばパワーＭＯＳＦＥＴ）と該半導体スイッチに逆並列接続したダイオードによって構成する。なお、ダイオードの代わりに半導体スイッチに寄生素子として形成されるボディダイオードを用いても良い。

前記各放電スイッチ９ａ１ｃ〜９ａｎｃは、放電方向の通電可否を制御する半導体スイッチ（例えばパワーＭＯＳＦＥＴ）と該半導体スイッチに逆並列接続したダイオードによって構成する。なお、ダイオードの代わりに該半導体スイッチに寄生素子として形成されるボディダイオードを用いても良い。

前記各電圧及び電流センサ９ａ１ｄ〜９ａｎｄは、前記各蓄電池９ａ１ａ〜９ａｎａの各電池セル電圧や端子電圧（総電圧）と、充電電流及び放電電流を検出する。

各電池パックコントローラ９ａ１ｅ〜９ａｎｅは、マイクロプロセッサを中心にして構成し、各電池パック９ａ１〜９ａｎの各蓄電池９ａ１ａ〜９ａｎａの端子電圧と充電電流と放電電流の検出値を入力し、蓄電システムコントローラ９ｃと交信しながら各充電スイッチ９ａ１ｂ〜９ａｎｂ及び各放電スイッチ９ａ１ｃ〜９ａｎｃの通電可否を制御する。

このように構成した蓄電システム９における蓄電システムコントローラ９ｃは、各電池パックコントローラ９ａ１ｅ〜９ａｎｅと交信して各電池パック９ａ１〜９ａｎにおける各蓄電池９ａ１ａ〜９ａｎａの端子電圧や充放電電流等を監視することにより、各電池パック９ａ１〜９ａｎの蓄電残量や端子電圧を把握し、各電池パック９ａ１〜９ａｎの蓄電残量や端子電圧に応じて各電池パック９ａ１〜９ａｎを充電（充電スイッチ９ａ１ｂ〜９ａｎｂのみ通電）又は放電（放電スイッチ９ａ１ｃ〜９ａｎｃのみ通電）又は充放電（充電スイッチ９ａ１ｂ〜９ａｎｂと放電スイッチ９ａ１ｃ〜９ａｎｃの双方を通電）状態に制御すると共に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂを制御する処理を実行する。

なお、各充放電スイッチ９ａ１ｂ〜９ａｎｂ、９ａ１ｃ〜９ａｎｃの通電可否の制御は該電池パックコントローラ９ａ１ｅ〜９ａｎｅによって実行されるように構成しても良いし、該蓄電システムコントローラによって制御されるように構成しても良い。或いは、該電池パックコントローラ９ａ１ｅ〜９ａｎｅと該蓄電システムコントローラ９ｃの双方より制御可能なように構成されても良い。

この蓄電システム９が稼動初期において実行するプリチャージのための充電は、電池パック９ａ１〜９ａｎの定格充電電流値を超えることなく充電電流を段階的に引上げながら各電池パック９ａ１〜９ａｎを充電することにより短時間に各電池パック９ａ１〜９ａｎの蓄電残量や端子電圧の均等化を実現するために、蓄電システムコントローラ９ｃは、１つの電池パック当たりの定格充電電流値をＩsetとして設定し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂを使用して構成した充電手段の充電電流指令値Ｉref(1)を初期値として定格充電電流値Ｉsetを設定して充電を開始し、その後、所定時間経過後に各電池パック９ａ１〜９ａｎの充電電流を監視してその最大値Ｉbmax(1)を前記充電電流指令値Ｉref(1)から減算し、減算結果Ｉerr（Ｉref(1)−Ｉｂmax(1)）に定格充電電流値Ｉsetを加算して新たな充電電流指令値Ｉref(2)を設定して充電を行い、更にその後も、所定時間経過後に各電池パック９ａ１〜９ａｎの充電電流を監視してその最大値Ｉbmax(2)を前記充電電流指令値Ｉref(2)から減算し、減算結果Ｉerr（Ｉref(2)−Ｉｂmax(2)）に定格充電電流値Ｉsetを加算して新たな充電電流指令値Ｉref(3)を設定して充電を行うように充電電流指令値Ｉrefを段階的に引上げて継続するようにして行う。

このような充電電流指令値Ｉrefの引上げは、次のように、検出される各電池パック９ａ１〜９ａｎの充電電流の最大値Ｉbmaxが定格充電電流値Ｉsetを超えない範囲でｎ回行われる。

Ｉref(1)＝Ｉset
Ｉref(2)＝Ｉset＋Ｉref(1)−Ｉbmax(1)
Ｉref(3)＝Ｉset＋Ｉref(2)−Ｉbmax(2)
……
Ｉref(n)＝Ｉset＋Ｉref(n-1)−Ｉbmax(n-1)

このプリチャージのための充電は、蓄電システムコントローラ９ｃが各電池パック９ａ１〜９ａｎの電池パックコントローラ９ａ１ｅ〜９ａｎｅから取得した各蓄電池９ａ１ａ〜９ａｎａの端子電圧や充電電流に基づいて各電池パック９ａ１〜９ａｎの蓄電残量や端子電圧の差を演算し、演算結果が所定の範囲内に達したときに終了する。

もし上記演算結果が所定範囲内に達する以前に、充電電流最大値Ｉbmaxが所定の充電終止電流値以下となった場合は上記プリチャージを終了するように構成しても良い。ここで充電終止電流値とは、電池を満充電と判定するための電流閾値のことである。具体的には、リチウムイオン電池の一般的な充電方法である定電流−定電圧充電を実施するように構成すると、定電圧充電に移行した後は充電電流が減少していくが、ある充電電流値以下となったときには満充電と判断して充電動作を完全停止する。このときの電流値が充電終止電流値である。

そして、プリチャージが終了するとこの蓄電システム９は、各電池パック９ａ１〜９ａｎを並列状態にしての充放電可能状態となる。

ところで、前述した如く双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂのフィードバック制御部をＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂ側に内蔵した場合においては、蓄電システムコントローラ９ｃから前記フィードバック制御部に対して上記充電電流指令値Ｉrefを送信する。これを受信したフィードバック制御部は、現在の充電電流指令値を新しく受信した指令値へと書き換える処理を行うことで、上述のプリチャージ動作が実現可能となる。

図３は、プリチャージ制御の有無における電池パックの状態を例示するタイムチャートである。このタイムチャートは、電池パック９ａ１，９ａ２を対象にして電池パック９ａ１の端子電圧が電池パック９ａ２の端子電圧（パック電圧）よりも高い場合を例示している。

このような状態でプリチャージ制御なしに両電池パック９ａ１，９ａ２の充電スイッチ（充電ＳＷ）９ａ１ｂ，９ａ２ｂと放電スイッチ（放電ＳＷ）９ａ１ｃ，９ａ２ｃを共に通電状態（ＯＮ）にすると、電池パック９ａ１には大きな放電電流（横流）（パック電流）ｉ9a1が発生する。この放電電流ｉ9a1の値は、両電池パックパック９ａ１，９ａ２の電圧差が大きいときには、規定値を超えて過電流となる。

しかしながら、この実施例のようにプリチャージ制御を行う場合には、両電池パック９ａ１，９ａ２の端子電圧（パック電圧）に所定値以上の差があるときには、両電池パック９ａ１，９ａ２の充電スイッチ（充電ＳＷ）９ａ１ｂ，９ａ２ｂと放電スイッチ（放電ＳＷ）９ａ１ｃ，９ａ２ｃを共に通電状態（ＯＮ）にする前に、先ず、両電池パック９ａ１，９ａ２の充電スイッチ（充電ＳＷ）９ａ１ｂ，９ａ２ｂのみを通電状態（ＯＮ）にしてプリチャージを行って両電池パック９ａ１，９ａ２の端子電圧（パック電圧）の差が所定値以内となるようにプリチャージを行う。そして、その後に、両電池パック９ａ１，９ａ２の放電スイッチ（放電ＳＷ）９ａ１ｃ，９ａ２ｃを共に通電状態（ＯＮ）にすることから、両電池パックパック９ａ１，９ａ２間の電圧差は小さく、従って、電池パック９ａ１に発生する放電電流（横流）（パック電流）ｉ9a1の値は、規定値以下に抑制されることになる。

また、蓄電システムコントローラ９ｃは、各電池パック９ａ１〜９ａｎの電池パックコントローラ９ａ１ｅ〜９ａｎｅと交信しているので、稼動中に保守などのために何れかの電池パックが交換されると該交換の情報を取得することができる。従って、電池パックの交換情報を取得したときには、蓄電システムコントローラ９ｃは、新たに設置された電池パックに対して充電スイッチと放電スイッチの通電を禁止し、他の蓄電パックの端子電圧と新たに設置された電池パックの端子電圧の情報を取得して電圧差を演算する。この演算結果（電圧差）が所定の範囲内であるときには新たに設置された電池パックの充電スイッチと放電スイッチを通電させて新たに設置された電池パックも充放電可能な状態とする。しかし、演算結果が所定の範囲外であり、システムがプリチャージを行うことが可能な状態にあるときには、前述したようなプリチャージを実行して各電池パック９ａ１〜９ａｎの端子電圧の差が所定の範囲内に達したときに総ての電池パックの充電スイッチスイッチ９ａ１ｂ〜９ａｎｂと放電スイッチ９ａ１ｃ〜９ａｎｃを通電させて新たに設置された電池パックも含めて充放電可能な状態とする。

なお、前記蓄電システム９は、商用電源６からの電力を併用して充電するように変形することも可能である。この変形は、インバータ３と並列にＡＣ／ＤＣコンバータを接続し、太陽光発電パネル１の発生電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が小さいときに電池パック９ａ１〜９ａｎを充電するときは、商用電源６の電力をＡＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電システム９の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂに給電して電池パック９ａ１〜９ａｎを充電するように構成して実現することができる。また、並列にＡＣ／ＤＣコンバータを設けなくとも、インバータ３を双方向に電力変換可能な様に構成することで、上記同様の充電が実現可能となる。

図４は、本発明を適用した情報機器電源システムのブロック図である。

この情報機器電源システムは、商用電源６の電力をＡＣ／ＤＣコンバータ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介して情報機器１２に供給する構成であり、電源システムコントローラ１３は、この情報機器電源システムにおける電源供給制御を司る。

そして、蓄電システム９は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂを前記情報機器電源システムにおけるＡＣ／ＤＣコンバータ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ１１の間の直列接続部（直流路）に接続する。

この蓄電システム９は、前述した太陽光発電システムにおける蓄電システム９と同様に構成し、蓄電システムコントローラ９ｃは電源システムコントローラ１３と交信しながら電池パック９ａと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂを制御する。

このように構成した情報機器電源システムは、通常は、電源システムコントローラ１３による制御によってＡＣ／ＤＣコンバータ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ１１を機能させて情報機器１２に直流電力を供給する。

蓄電システム９は、蓄電システムコントローラ９ｃによる制御によって、電池パック９ａの状態を監視して蓄電残量や端子電圧が不足しているときやプリチャージが必要と判断したときには、電源システムコントローラ１３と交信して電池パック９ａに対する充電可否を問い合わせる情報交換を行う。この充電可否の問合せを受けた電源システムコントローラ１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ１１の状態監視の結果に基づいて、電池パック９ａを充電することが可能な状態にあると判断したときには、蓄電システムコントローラ９ｃに対して充電許可情報を送信する。そして、充電許可情報を受信した蓄電システムコントローラ９ｃは、双方向コンバータ９ｂと電池パック９ａを制御することにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を電源として前述した実施例と同様に電池パック９ａを充電（プリチャージや補充電）する制御処理を実行する。

そして、電源システムコントローラ１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の状態監視及び商用電源６の状態監視に基づいて、情報機器１２への給電は蓄電システム９から行うのが好ましいと判断したときには、蓄電システム９の蓄電システムコントローラ９ｃに対して給電可否の問合せる交信を行う。この給電可否の問合せを受けた蓄電システムコントローラ９ｃは、電池パック９ａの状態監視に基づいて電池パック９ａの放電による給電が可能であると判断したときには、給電可能情報を電源システムコントローラ１３に送信する。給電可能情報を受信した電源システムコントローラ１３は、蓄電システム９から受電する制御に移行し、蓄電システムコントローラ９ｃに給電指示情報を送信する。

蓄電システムコントローラ９ｃは、電源システムコントローラ１３から給電指示情報を受信すると電池パック９ａと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂを制御して電池パック９ａを放電可能状態にすると共に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ９ｂによりＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対する電力供給を開始する。

給電指示情報を送信した電源システムコントローラ１３は、蓄電システム９から供給される電力を情報機器１２に供給するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御する。

このような情報機器電源システムによれば、電池パック９ａの蓄電を使用して情報機器１２に給電することができることから、商用電源６が停電しても情報機器１２への給電が可能となる。

しかも、蓄電システム９は、電池パック９ａの定格充電電流値を超えることなく充電電流を段階的に引上げながら電池パック９ａを充電することにより短時間に並列接続された電池パックの蓄電残量や端子電圧の均等化を実現することができる。

１…太陽光発電パネル、２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３…インバータ、４…電源切り換え回路、５…商用電源回路、６…商用電源、７…交流負荷、８…発電システムコントローラ、９…蓄電システム、９ａ１〜９ａｎ…電池パック、９ａ１ａ〜９ａｎａ…蓄電池、９ａ１ｂ〜９ａｎｂ…充電スイッチ、９ａ１ｃ〜９ａｎｃ…放電スイッチ、９ａ１ｄ〜９ａｎｄ…電圧及び電流センサ、９ａ１ｅ〜９ａｎｅ…電池パックコントローラ、９ｂ…双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、９ｃ…蓄電システムコントローラ、１０…ＡＣ／ＤＣコンバータ、１１ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２…情報機器、１３…電源システムコントローラ。

Claims (6)

1. 並列接続された複数の電池パックの総ての電池パックを外部回路に接続して並列に充放電制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記総ての電池パックを充電のみ可能状態にして前記外部回路から給電を受けてプリチャージを行って総ての電池パックの電圧の差を所定の範囲内となるように充電し、その後に総ての電池パックを前記外部回路に対して充放電可能状態にする制御を行うように構成した蓄電システムにおいて、
   前記制御手段は、１つの電池パック当たりの定格充電電流値をＩsetとして、充電電流指令値Ｉref(1)の初期値として前記定格充電電流値Ｉsetを設定して充電を開始し、その後、所定時間経過後に総ての電池パックの充電電流を監視してその最大値Ｉｂmax(1)を前記充電電流指令値Ｉref(1)から減算し、減算結果Ｉerr（Ｉref(1)−Ｉｂmax(1)）に前記定格充電電流値Ｉsetを加算して新たな充電電流指令値Ｉref(2)として設定して充電を継続するようにして前記プリチャージの制御を行うように構成したことを特徴とする蓄電システム。
2. 請求項１において、前記各電池パックは、蓄電池と該蓄電池と直列接続した充電スイッチと放電スイッチを備え、前記制御手段は、前記電池パックの充放電を制御する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと充電スイッチ及び放電スイッチを制御する蓄電システムコントローラを備えたことを特徴とする蓄電システム。
3. 請求項２において、前記電池パックは複数のリチウムイオン二次電池セルを直列又は並列接続してなる組電池を備えたことを特徴とする蓄電システム。
   
4. 並列接続された複数の電池パックの総ての電池パックを外部回路に接続して並列に充放電制御する制御手段を備えた蓄電システムにおいて、
   前記制御手段は、前記総ての電池パックを充電のみ可能状態にして前記外部回路から給電を受けてプリチャージを行った後に総ての電池パックを前記外部回路に対して充放電可能状態にする制御を行うように構成し、
   前記プリチャージは、１つの電池パック当たりの定格充電電流値をＩsetとして、充電電流指令値Ｉref(1)の初期値として前記定格充電電流値Ｉsetを設定して充電を開始し、その後、所定時間経過後に総ての電池パックの充電電流を監視してその最大値Ｉｂmax(1)を前記充電電流指令値Ｉref(1)から減算し、減算結果Ｉerr（Ｉref(1)−Ｉｂmax(1)）に前記定格充電電流値Ｉsetを加算して新たな充電電流指令値Ｉref(2)として設定して充電を継続する定電流充電を行い、その後定電圧充電を行って充電電流が充電終止電流値以下となったときにプリチャージを終了するように構成したことを特徴とする蓄電システム。
5. 商用電源と負荷を接続する商用電源回路と、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルの出力を商用電源回路に供給するＤＣ／ＤＣコンバータとインバータの直列回路と、前記インバータを商用電源回路に接続する電源切り換え回路と、これらを制御する電源システムコントローラを備えた電源システムにおいて、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータを直列に接続する接続部を外部回路として請求項１〜４の何れか１項に記載した蓄電システムを接続したことを特徴とする電源システム。
6. 商用電源から情報機器に電力を供給するＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの直列回路と、これらを制御する電源システムコントローラを備えた電源システムにおいて、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータを直列に接続する接続部を外部回路として請求項１〜４の何れか１項に記載した蓄電システムを接続したことを特徴とする電源システム。
   

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