特開 2023-85211 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023085211

(43)【公開日】2023-06-20

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20230613BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230613BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230613BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20230613BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 J

H02J7/00 302C

H02J7/00 B

H01M10/48 P

H01M10/44 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180264

(22)【出願日】2022-11-10

(31)【優先権主張番号】P 2021199379

(32)【優先日】2021-12-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】坂柳 佑治

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 裕也

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA03

5G503BA04

5G503BB01

5G503CA01

5G503CA11

5G503CC04

5G503DA04

5G503DA07

5G503EA05

5G503GD04

5G503GD06

5H030AA09

5H030AS20

5H030BB01

5H030BB21

5H030FF42

(57)【要約】      （修正有）

【課題】組電池において発生する循環電流を簡易、かつ、安定的に抑制する電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置１は、第１の電池１１と、第１の電池１１と並列に接続され、第１の電池１１よりも劣化度の高い第２の電池１２と、第１の電池１１に入出力される電流が第２の電池１２に設定される使用不可電流範囲を超える大きさになるまで第２の電池１２に電流が入出力されることを防止する循環電流防止部１３と、を有する。循環電流防止部１３は、充放電制御部２１、総電流測定部２２、分岐電流測定部２３、スイッチ２４を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電池と、
前記第１の電池と並列に接続され、前記第１の電池よりも劣化度の高い第２の電池と、
前記第１の電池に入出力される電流が前記第２の電池に設定される使用不可電流範囲を超える大きさになるまで前記第２の電池に電流が入出力されることを防止する循環電流防止部と、
を有する電源装置。

【請求項2】

前記循環電流防止部は、
前記第１の電池及び前記第２の電池に入出力される電流の総電流値を検出する総電流測定部と、
前記第２の電池に入出力される電流の大きさを示す分岐電流値を計測する分岐電流測定部と
前記分岐電流測定部が設けられる分岐電源線上において前記分岐電流測定部に対して直列になるように設けられるスイッチと、
前記総電流値が前記使用不可電流範囲を超えた場合に前記スイッチを導通状態とし、前記分岐電流値が前記総電流値と同じ電流の流れの方向を示す場合に前記スイッチが導通した状態を維持する充放電制御部と、
を有する請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記充放電制御部は、前記第１の電池の出力電圧が前記第２の電池の開回路電圧を超える放電電流値以下となる前記総電流値を下限値とし、前記第２の電池の出力電圧が前記第１の電池の開回路電圧を超える充電電流値以下となる前記総電流値を上限値として、前記使用不可電流範囲を設定し、前記総電流値が前記使用不可電流範囲を超えた場合に前記スイッチを導通状態に制御する請求項２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記第１の電池の開回路電圧は、前記第１の電池を前記電源装置に組み込む前に測定された値であり、
前記第２の電池の開回路電圧は、前記スイッチが遮断状態の時に前記充放電制御部により測定された値であり、
前記充放電制御部は、
前記スイッチが遮断状態のとき計測される充放電電流に対する前記第１の電池の出力電圧の傾きから算出される前記第１の電池の内部抵抗値で、前記第２の電池の開回路電圧と前記第１の電池の開回路電圧との差分を除した値を前記下限値に設定し、
前記スイッチが導通状態のとき計測される充放電電流に対する前記第２の電池の出力電圧の傾きから算出される前記第２の電池の内部抵抗値で、前記第１の電池の開回路電圧と前記第２の電池の開回路電圧との差分を除した値を前記上限値に設定する請求項３に記載の電源装置。

【請求項5】

前記第１の電池と前記第２の電池とに対して共通して設けられる共通電源線をさらに有し、
前記循環電流防止部は、
前記第２の電池にカソードが接続され、アノードが前記共通電源線に接続される第１のダイオードと、
前記共通電源線にカソードが接続され、アノードが前記第２の電池に接続される第２のダイオードと、
有する請求項１に記載の電源装置。

【請求項6】

前記第２の電池は、互いに並列に接続される複数の電池が含まれる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源装置。

【請求項7】

第１の電池と、
前記第１の電池と並列に接続され、前記第１の電池よりも劣化度の高い第２の電池と、
前記第１の電池及び前記第２の電池に入出力される電流の総電流値を検出する総電流測定部と、
前記第２の電池に入出力される電流となる分岐電流値を計測する分岐電流測定部と
前記分岐電流測定部と、前記第２の電池との間に設けられるスイッチと、
前記総電流値が予め設定した使用不可電流範囲を超えた場合に前記スイッチを導通状態とし、前記分岐電流値が前記総電流値と同じ電流の流れの方向を示す場合に前記スイッチが導通した状態を維持する充放電制御部と、
を有する電源装置。

【請求項8】

第１の電池と、
前記第１の電池と並列に接続され、前記第１の電池よりも劣化度の高い第２の電池と、
前記第１の電池と前記第２の電池とに対して共通して設けられる共通配線と、
前記第２の電池にカソードが接続され、アノードが前記共通配線に接続される第１のダイオードと、
前記共通配線にカソードが接続され、アノードが前記第２の電池に接続される第２のダイオードと、
を有する電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、複数の電池が並列接続される電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、複数の電池を直列及び並列に組み合わせて組電池とすることで、組電池の出力電力や蓄電容量を増加させる技術がある。このような組電池において、劣化度の異なる電池を並列に接続した場合、並列接続した電池の間に循環電流が発生する。循環電流は、並列接続した電池の間で流れる充放電電流である。そこで、この循環電流の発生を防止する技術が特許文献１、２に開示されている。

【0003】

特許文献１に記載の電源装置は、並列に接続している各々の電池モジュールに、電流検出回路とスイッチを直列を接続しており、電流検出回路の出力を制御回路で演算して、スイッチを制御する。制御回路は、流れる電流の方向が正常な方向と逆となり、あるいは電流のアンバランスが設定値よりも大きくなる電池モジュールに接続しているスイッチをオフに切り換えて電流を遮断する。

【0004】

特許文献２に記載の循環電流防止装置は、二次電池へ流れる電流を測定する電流測定部と、充電用スイッチング素子と、放電用スイッチング素子とから構成され、電流の方向を判定して、排他的に充電用と放電用のスイッチング素子を導通させるように制御を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１－１８５２２８号公報

【特許文献2】特開２０１４－０６０８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、新品電池とリユース電池等の劣化度合いに大きな差がある電池を並列接続する場合、電池に直列に接続されるスイッチのオンオフ制御が難しい問題がある。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、組電池において発生する循環電流を簡易、かつ、安定的に抑制することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明にかかる電源装置の一態様は、第１の電池と、前記第１の電池と並列に接続され、前記第１の電池よりも劣化度の高い第２の電池と、前記第１の電池に入出力される電流が前記第２の電池に設定される使用不可電流範囲を超える大きさになるまで前記第２の電池に電流が入出力されることを防止する循環電流防止部と、を有する。

【0009】

本発明にかかる電源装置の別の態様は、第１の電池と、前記第１の電池と並列に接続され、前記第１の電池よりも劣化度の高い第２の電池と、前記第１の電池及び前記第２の電池に入出力される電流の総電流値を検出する総電流測定部と、前記第２の電池に入出力される電流となる分岐電流値を計測する分岐電流測定部と前記分岐電流測定部と、前記第２の電池との間に設けられるスイッチと、前記総電流値が予め設定した使用不可電流範囲を超えた場合に前記スイッチを導通状態とし、前記分岐電流値が前記総電流値と同じ電流の流れの方向を示す場合に前記スイッチが導通した状態を維持する充放電制御部と、を有する。

【0010】

本発明にかかる電源装置の別の態様は、第１の電池と、前記第１の電池と並列に接続され、前記第１の電池よりも劣化度の高い第２の電池と、前記第１の電池と前記第２の電池とに対して共通して設けられる共通配線と、前記第２の電池にカソードが接続され、アノードが前記共通配線に接続される第１のダイオードと、前記共通配線にカソードが接続され、アノードが前記第２の電池に接続される第２のダイオードと、を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明の電源装置によれば、組電池において発生する循環電流を簡易、かつ、安定的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１にかかる電源装置のブロック図である。

【図2】実施の形態１にかかる電源装置の使用不可電流範囲を説明する図である。

【図3】実施の形態１にかかる循環電流防止部を含む電源装置の動作を説明するフローチャートである。

【図4】実施の形態２にかかる電源装置のブロック図である。

【図5】実施の形態２にかかる電源装置において充放電電流が流れていない状態で循環電流が流れないことを説明する図である。

【図6】実施の形態２にかかる電源装置において充電電流が与えられている状態で電流の流れを説明する図である。

【図7】実施の形態３にかかる電源装置のブロック図である。

【図8】実施の形態４にかかる電源装置のブロック図である。

【図9】実施の形態５にかかる電源装置のブロック図である。

【図10】実施の形態５にかかる電源装置の使用不可電流範囲を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、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。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、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り、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

【0014】

また、上述したプログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

【0015】

実施の形態１
図１に実施の形態１にかかる電源装置１のブロック図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる電源装置１は、第１の電池（例えば、電池１１）、第２の電池（例えば、電池１２）、循環電流防止部１３を有する。なお、図１では、並列接続される電池として、２つの電池を示したが電池の並列数は、２以上であれば何個でも良い。

【0016】

電池１１、１２は、電池１１、１２への充放電電流を伝達する共通電源線Ｗｃに対して並列に接続される。また、以下の説明では、共通電源線Ｗｃから分岐して電池１１に接続される配線を分岐電源線Ｗｂ１、共通電源線Ｗｃから分岐して電池１２に接続される配線を分岐電源線Ｗｂ２と称す。電池１１は、劣化していない電池、或いは、劣化度が小さな電池である。一方、電池１２は、電池１１と同等の劣化度、或いは、電池１１よりも劣化度の進んだ電池であるものとする。ここで、電池の劣化度が進むと、電池のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）が低く、かつ、内部抵抗が高くなる特徴を有する。

【0017】

循環電流防止部１３は、電池１１に入出力される電流が電池１２に設定される使用不可電流範囲を超える大きさになるまで電池１２に電流が入出力されることを防止する。実施の形態１では、循環電流防止部１３は、充放電制御部２１、総電流測定部２２、分岐電流測定部２３、スイッチ２４を有する。

【0018】

総電流測定部２２は、共通電源線Ｗｃ上に設けられ、電池１１、１２に入出力される電流の総電流値を検出する。分岐電流測定部２３は、分岐電源線Ｗｂ２上に設けられ、電池１２に入出力される電流の大きさを示す分岐電流値を計測する。スイッチ２４は、分岐電流測定部２３が設けられる分岐電源線Ｗｂ２上において分岐電流測定部２３に対して直列になるように設けられる。充放電制御部２１は、総電流測定部２２が計測した総電流値が使用不可電流範囲を超えた場合にスイッチ２４を導通状態とし、分岐電流値が総電流値と同じ電流の流れの方向を示す場合にスイッチ２４が導通した状態を維持する。言い換えると、充放電制御部２１は、総電流測定部２２が計測した総電流値が使用不可電流範囲内である期間はスイッチ２４を遮断状態で維持する。また充放電制御部２１は、総電流測定部２２が計測した総電流値が使用不可電流範囲を超えた場合にスイッチ２４を導通状態とするが、分岐電流値が総電流値と逆方向の電流の流れの方向を示す場合にはスイッチ２４を導通した状態から遮断状態に切り替える。

【0019】

ここで、使用不可電流範囲について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる電源装置の使用不可電流範囲を説明する図を示す。図２に示すように、実施の形態１では、劣化が進んでない電池１１に対しては、最大放電電流（１００％の充放電電流）から最大充電電流（－１００％の充放電電流）まで全ての電流範囲が使用範囲となる。つまり、電池１１については、充放電電流が遮断されることはない。一方、劣化が進んだ電池１２については、最大放電電流の１０％よりも少なく、かつ、最大放電電流の１０％よりも少ない充放電電流となる範囲を、電池１２の使用を不可とする使用不可電流範囲とする。そして、充放電制御部２１は、総電流測定部２２が計測する総電流が使用不可電流範囲にある期間はスイッチ２４を遮断状態とする。

【0020】

なお、使用不可電流範囲の大きさは、製品の仕様、劣化した電池の劣化度等によって図２に示す以外の範囲を設定することが可能である。

【0021】

続いて、循環電流防止部１３の動作について詳細に説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかる循環電流防止部１３を含む電源装置１の動作を説明するフローチャートを示す。図３に示すように、循環電流防止部１３は、バッテリ制御を開始すると、まず、スイッチ２４をオフ状態にする（ステップＳ１）。続いて、総電流測定部２２により計測された総電流値を充放電制御部２１が取得する（ステップＳ２）。そして、充放電制御部２１は、共通電源線Ｗｃに流れる電流が充電方向であるか、放電方向であるかを判断する（ステップＳ３）。

【0022】

そして、ステップＳ３において、共通電源線Ｗｃに流れる電流が放電方向であると判断された場合、充放電制御部２１は、電池１２のＳＯＣ（以下、充電率（State Of Charge）と称す）が下限値以上であるか否かを判断する（ステップＳ４）。このステップＳ４で電池１２のＳＯＣが下限値を下回っていた場合、充放電制御部２１は、電池１２を使用不可としてステップＳ２の総電流計測を行う（ステップＳ４のＮＯの枝）。一方、ステップＳ４で電池１２のＳＯＣが下限値以上であると判断された場合（ステップＳ４のＹＥＳの枝）、電池１２を放電モードに設定する（ステップＳ５）。

【0023】

続いて、充放電制御部２１は、総電流測定部２２で計測された総電流値が電池１２の使用範囲内（使用不可電流範囲外）であるか否かを判断する（ステップＳ６）。このステップＳ６において、総電流値が使用範囲から外れていた場合（つまり、使用不可電流範囲内である場合）、充放電制御部２１は、処理をステップＳ２に戻して総電流測定部２２による総電流値の計測を継続する。一方、ステップＳ６で総電流値が使用範囲内であると判断された場合（つまり、使用不可電流範囲外である場合）、充放電制御部２１は、スイッチ２４をオフ状態からオン状態に切り替える（ステップＳ７）。そして、充放電制御部２１は、スイッチ２４をオンした状態で分岐電流測定部２３により電池１２に流れる分岐電流値を計測する（ステップＳ８）。

【0024】

その後、充放電制御部２１は、分岐電流値が示す電流の方向が、総電流値が示す電流の方向と一致しているのか否かを判断する（ステップＳ９）。そして、ステップＳ９において、分岐電流値が示す電流の方向が総電流値とは逆の充電方向である場合（ステップＳ９の充電の枝）、充放電制御部２１は、ステップＳ１に処理を戻してスイッチ２４をオン状態からオフ状態に切り替える。一方、ステップＳ９において、分岐電流値が示す電流の方向が総電流値と同じ放電方向である場合（ステップＳ９の放電の枝）、充放電制御部２１は、電池１２を放電する電源として利用する（ステップＳ１０）。そして、電池１２のＳＯＣが下限値を下回るまでの期間、充放電制御部２１は、総電流値の計測（ステップＳ２）からの処理を繰り返し実施する（ステップＳ１１のＮＯの枝）。また、電池１２のＳＯＣが下限値を下回った場合、充放電制御部２１は、処理をステップＳ１に戻してスイッチ２４をオン状態からオフ状態に切り替える（ステップＳ１１のＹＥＳの枝）する。

【0025】

また、ステップＳ３において、共通電源線Ｗｃに流れる電流が充電方向であると判断された場合、充放電制御部２１は、電池１２のＳＯＣが上限値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２で電池１２のＳＯＣが上限値を上回っていた場合、充放電制御部２１は、スイッチ２４のオフ状態を維持して電池１２が充電されないようにしながら、ステップＳ２の総電流計測を行う（ステップＳ１２のＮＯの枝）。一方、ステップＳ１２で電池１２のＳＯＣが上限値以下であると判断された場合（ステップＳ１２のＹＥＳの枝）、電池１２を充電モードに設定する（ステップＳ１３）。

【0026】

続いて、充放電制御部２１は、総電流測定部２２で計測された総電流値が電池１２の使用範囲内（使用不可電流範囲外）であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。このステップＳ１４において、総電流値が使用範囲から外れていた場合（つまり、使用不可電流範囲内である場合）、充放電制御部２１は、処理をステップＳ２に戻して総電流測定部２２による総電流値の計測を継続する。一方、ステップＳ１４で総電流値が使用範囲内であると判断された場合（つまり、使用不可電流範囲外である場合）、充放電制御部２１は、スイッチ２４をオフ状態からオン状態に切り替える（ステップＳ１５）。そして、充放電制御部２１は、スイッチ２４をオンした状態で分岐電流測定部２３により電池１２に流れる分岐電流値を計測する（ステップＳ１６）。

【0027】

その後、充放電制御部２１は、分岐電流値が示す電流の方向が、総電流値が示す電流の方向と一致しているのか否かを判断する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ１７において、分岐電流値が示す電流の方向が総電流値とは逆の放電方向である場合（ステップＳ１７の放電の枝）、充放電制御部２１は、ステップＳ１に処理を戻してスイッチ２４をオン状態からオフ状態に切り替える。一方、ステップＳ１７において、分岐電流値が示す電流の方向が総電流値と同じ充電方向である場合（ステップＳ１７の充電の枝）、充放電制御部２１は、電池１２を充電する電源として利用する（ステップＳ１８）。そして、電池１２のＳＯＣが上限値を上回るまでの期間、充放電制御部２１は、総電流値の計測（ステップＳ２）からの処理を繰り返し実施する（ステップＳ１９のＮＯの枝）。また、電池１２のＳＯＣが上限値を上回った場合、充放電制御部２１は、処理をステップＳ１に戻してスイッチ２４をオン状態からオフ状態に切り替える（ステップＳ１９のＹＥＳの枝）。

【0028】

二次電池では、劣化が進むとＯＣＶが低く、内部抵抗が高くなる特性があり、この特性に起因して、劣化度の異なる二次電池を並列接続すると循環電流が発生する。しかしながら、並列接続される二次電池への充放電電流がある程度大きい状態では、並列接続される二次電池の間の電流配分が均等からズレるのみで、循環電流は発生しない。

【0029】

上記説明より、実施の形態１にかかる電源装置１では、循環電流防止部１３により共通電源線Ｗｃに流れる総電流値が電池１２に対して設定される使用不可電流範囲外になるまで大きくならなければ、劣化した電池である電池１２に対する電流の入出力を遮断する。これにより、実施の形態１にかかる電源装置１では、総電流値が小さい期間は電池１２への充放電が停止されるため、循環電流の発生を防止することができる。

【0030】

また、実施の形態１にかかる電源装置１では、分岐電源線Ｗｂ１、Ｗｂ２に流れる電流をそれぞれ計測せず、総電流と、電池１２に流れる電流との方向の比較により循環電流の発生を検出するため、循環電流の発生判断の誤りを防止することができる。

【0031】

また、実施の形態１にかかる電源装置１では、総電流値の大きさと、総電流値と分岐電流値との方向の違いに基づき電池１２への充放電電流の許可と遮断とを切り替える。これにより、実施の形態１にかかる電源装置１では、スイッチのオンオフ切り替えが頻繁に発生することがない。つまり、実施の形態１にかかる電源装置１は、簡易なスイッチ制御でスイッチを制御しながら、スイッチ制御の安定性を向上させることができる。

【0032】

実施の形態２
実施の形態２では、循環電流防止部１３の別の形態となる循環電流防止部３３について説明する。そこで、図４に循環電流防止部３３を含む実施の形態２にかかる電源装置２のブロック図を示す。

【0033】

図４に示すように、電源装置２では、充放電制御部２１、総電流測定部２２、分岐電流測定部２３、スイッチ２４は設けられておらず、分岐電源線Ｗｂ２上に循環電流防止部３３が設けられる。そして、循環電流防止部３３は、第１のダイオード（例えば、ダイオードＤ１）、第２のダイオード（例えば、ダイオードＤ２）を有する。ダイオードＤ１は、電池１２にカソードが接続され、アノードが共通電源線Ｗｃに接続される。ダイオードＤ２は、共通電源線Ｗｃにカソードが接続され、アノードが電池１２に接続される。また、ダイオードＤ１、Ｄ２は、それぞれ順方向バイアス電圧ＶＦとして０．７Ｖ程度の電圧を有するものとする。この順方向バイアス電圧ＶＦにより、ダイオードＤ１、Ｄ２は、アノードとカソードとの間の電圧差が順方向バイアス電圧ＶＦ以下の期間は遮断状態を維持する特徴を有する。また、循環電流防止部３３では、ダイオードＤ１、Ｄ２が互いに逆方向に電流を流すように接続されることから、充放電のいずれの方向についても、電池１１と電池１２との電圧差が順方向バイアス電圧ＶＦ以上にならなければ電流を流さない。

【0034】

続いて、実施の形態２にかかる電源装置２の動作について説明する。図５及び図６を用いた以下の説明では、電池１１としてＯＣＶである電圧Ｖｂ１１が５０．５Ｖを有し、内部抵抗Ｒｉ１１が０．１Ωの電池を備え、電池１２としてＯＣＶである電圧Ｖｂ１２が５０．０Ｖを有し、内部抵抗Ｒｉ１２が０．１５Ωの電池を備える例を説明する。

【0035】

まず、図５に実施の形態２にかかる電源装置２において充放電電流が流れていない状態で循環電流が流れないことを説明する図を示す。図５に示すように、電流が流れていない場合、電池１１の出力電圧は、ほぼ電圧Ｖｂ１１と同じであるため５０．５Ｖ程度となり、電池１２の出力電圧は、ほぼ電圧Ｖｂ１２と同じであるため５０．０Ｖ程度となり、電池１１と電池１２の出力電圧差は０．５Ｖと、ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向バイアス電圧ＶＦよりも小さいため電池１１から電池１２への循環電流は発生しない。

【0036】

続いて、図６に実施の形態２にかかる電源装置２において充電電流が与えられている状態で電流の流れを説明する図を示す。図６に示すように、実施の形態２にかかる電源装置２では、共通電源線Ｗｃが小さい期間（図６の充電電流ＩＣが１Ａの期間）においては、電池１１に１Ａの分岐電流ＩＣｂ１が流れ、電池１１の出力電圧は、Ｖｂ１１の５０．５Ｖに内部抵抗Ｒｉ１１に流れる１Ａの分岐電流により生じる電圧＝０．１Ｖを加算した５０．６Ｖとなる。そのため、電池１１の出力電圧は、電池１２に対応して設けられる循環電流防止部３３を導通させるために必要な５０．７Ｖを越えない。そのため、図６の右側に示す充電電流ＩＣが１Ａ程度となる期間は、充電電流ＩＣは全て電池１１に流れ、かつ、電池１１から電池１２への循環電流も発生しない。

【0037】

一方、充電電流ＩＣが２Ａ以上になると電池１１の出力電圧が５０．７Ｖを越えるため、充電電流ＩＣが２Ａ以上で循環電流防止部３３が導通する状態となる。循環電流防止部３３が導通した場合、充電電流ＩＣは、分岐電流ＩＣｂ１、ＩＣｂ２として電池１１と電池１２の両方に流れる。図６の右図では、充電電流ＩＣが１２Ａ程度になった場合を示した。この場合、電池１１の出力電圧は、Ｖｂ１１の５０．５Ｖに内部抵抗Ｒｉ１１に流れる８Ａの分岐電流ＩＣｂ１により生じる電圧＝０．８Ｖを加算した５１．３Ｖとなる。また、電池１２の出力電圧は、Ｖｂ１２の５０．０Ｖに内部抵抗Ｒｉ１２に流れる４Ａの分岐電流ＩＣｂ２により生じる電圧＝０．６Ｖを加算した５０．６Ｖとなる。そして、電池１２の出力電圧と順方向バイアス電圧ＶＦとを加算した電圧は、５１．３Ｖとなる。つまり、実施の形態２にかかる電源装置２では、分岐電源線Ｗｂ１、Ｗｂ２の分岐点での電圧が同じになるように充電電流ＩＣが電池１１、電池１２に分配される。

【0038】

上記説明より、実施の形態２にかかる電源装置２では、スイッチ制御によらずに電池１１と電池１２との間に流れる循環電流を防止する。また、実施の形態２においては、電池１２に流れる電流が遮断される使用不可電流範囲は、電池１１の内部抵抗Ｒｉ１１の大きさと電池１１のＯＣＶである電圧Ｖｂ１１の大きさとにより決定される。図６に示す例では、使用不可電流範囲は、充電電流と放電電流に対して２Ａ以下となる範囲となる。

【0039】

また、実施の形態２にかかる電源装置２では、循環電流防止部３３がスイッチに寄らない循環電流の発生防止構成となるため、スイッチ制御の複雑さがなく、また、安定した循環電流の防止を行う事ができる。

【0040】

実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態１にかかる電源装置１の別の例となる電源装置３について説明する。なお、実施の形態３の説明では、実施の形態１で説明した構成要素については実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

【0041】

図７に実施の形態３にかかる電源装置３のブロック図を示す。図７に示すように、実施の形態３にかかるでは、第２の電池となる電池が複数個設けられる。図７では、複数の第２の電池として電池１２１～１２ｎのｎ個の電池を示した。

【0042】

また、図７に示すように、実施の形態３にかかる循環電流防止部１３ａは、第２の電池の個数に対応して、分岐電流測定部２３１～２３ｎ及びスイッチ２４１～２４ｎを有する。分岐電流測定部２３１～２３ｎ及びスイッチ２４１～２４ｎは、それぞれ、第２の電池の分岐電源線に１つずつ設けられるものである。

【0043】

このように、複数の第２の電池が設けられる場合、充放電制御部２１ａは、使用不可電流範囲として、複数の第２の電池が組み込まれることでいずれの第２の電池からも循環電流が発生しないと考えられる範囲を設定する。第２の電池の劣化度を一定の範囲内に納めることで、この使用不可電流範囲の設定は容易になる。なお、実施の形態３では、使用不可電流範囲は、第２の電池の個数が増えた場合には個数ｎに応じて大きくする必要がある。

【0044】

実施の形態２にかかる電源装置３の動作は、図３に示した実施の形態１にかかる電源装置の動作の電池１２を、電池１２１～電池１２ｎと読み替えることで実施可能である。

【0045】

このように、劣化度が第１の電池以下となる第２の電池が複数備えられる場合においても、複数の第２の電池のいずれにも循環電流が発生しない使用不可電流範囲を設定することで、実施の形態２にかかる電源装置３においても循環電流の発生を抑制することができる。

【0046】

また、複数の第２の電池に対して共通の使用不可電流範囲を設定することで電池１２１～１２ｎの制御を個別に行う必要がないため、実施の形態２にかかる電源装置３では、装置の構成の簡易化と制御の単純化を実現することができる。

【0047】

実施の形態４
実施の形態４では、実施の形態２にかかる電源装置２の別の例となる電源装置４について説明する。なお、実施の形態４の説明では、実施の形態１、２で説明した構成要素については実施の形態１、２と同じ符号を付して説明を省略する。

【0048】

図８に実施の形態４にかかる電源装置４のブロック図を示す。図８に示すように、実施の形態４にかかるでは、第２の電池となる電池が複数個設けられる。図８では、複数の第２の電池として電池１２１～１２ｎのｎ個の電池を示した。

【0049】

また、図８に示すように、実施の形態４にかかる電源装置４では、電池１２１～１２ｎのそれぞれに対して循環電流防止部３３１～３３ｎを設けた。循環電流防止部３３１～３３ｎそれぞれ、第２の電池の分岐電源線に１つずつ設けられるものである。そして、循環電流防止部３３１～３３ｎの構成は、図４で示した循環電流防止部３３と同じである。

【0050】

実施の形態４にかかる電源装置４では、複数の第２の電池のそれぞれに循環電流防止部３３と同じ構成を有する循環電流防止部３３１～３３ｎを設けることで、実施の形態２と同様に共通電源線に流れる電流範囲が一定の大きさ以上になるまで第２の電池を共通電源線Ｗｃから切り離すため循環電流の発生を防止することができる。

【0051】

実施の形態５
実施の形態５では、実施の形態１で説明した使用不可電流範囲の決定方法の別の形態について説明する。なお、実施の形態５の説明では、実施の形態１で説明した構成要素については実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

【0052】

図９に実施の形態５にかかる電源装置５のブロック図を示す。図９に示すように、実施の形態５にかかる電源装置５は、実施の形態１にかかる電源装置１の循環電流防止部１３に代えて循環電流防止装置１３ｂを有する。循環電流防止装置１３ｂは、循環電流防止部１３の充放電制御部２１を充放電制御部２１ｂに置き換えたものである。

【0053】

充放電制御部２１ｂは、充放電制御部２１と同様に、総電流測定部２２が測定した総電流値が使用不可電流範囲を超えた場合にスイッチ２４を導通状態とし、分岐電流測定部２３が測定した分岐電流値が総電流値と同じ電流の流れの方向を示す場合にスイッチ２４が導通した状態を維持する。ここで、充放電制御部２１ｂは、充放電制御部２１とは使用不可電流範囲の決定方法が異なる。

【0054】

具体的には、充放電制御部２１ｂは、第１の電池（例えば、電池１１）と、第２の電池（例えば、電池１２）から出力電圧を取得する機能が充放電制御部２１に対して追加される。そして、充放電制御部２１ｂは、取得した各電池の出力電圧に基づき電池１１と電池１２との間で循環電流が発生しないと判断される範囲を使用不可電流範囲として決定する。ここで、実施の形態５にかかる使用不可電流範囲の決定方法について具体的に説明する。

【0055】

そこで、図１０に実施の形態５にかかる電源装置５の使用不可電流範囲を説明する図を示す。図１０に示すように、電池１１と電池１２は、それぞれ出力電圧が充放電電流に対して一定の傾きを持って変化する。この出力電圧の変化は、電池１１の出力電圧Ｖｏ１に関しては（１）式、電池１２の出力電圧Ｖｏ２に関しては（２）式で表わすことができる。
Ｖｏ１＝Ｒｉｎ１×Ｉ１＋Ｖｏｃ１・・・（１）
Ｖｏ２＝Ｒｉｎ２×Ｉ２＋Ｖｏｃ２・・・（２）
ここで、（１）式におけるＲｉｎ１は電池１１の内部抵抗、Ｉ１は電池１１の充放電電流、Ｖｏｃ１は電池１１の開回路電圧である。また、（２）式におけるＲｉｎ２は電池１２の内部抵抗、Ｉ２は電池１２の充放電電流、Ｖｏｃ２は電池１２の開回路電圧である。

【0056】

上記（１）式及び（２）式から電池１１の内部抵抗Ｒｉｎ１と、電池１２の内部抵抗Ｒｉｎ２は、それぞれ電池１１と電池１２の充放電時に取得される出力電圧と、電池１１、１２の開回路電圧がわかれば算出することができることがわかる。

【0057】

そこで、充放電制御部２１ｂは、電池１１の開回路電圧Ｖｏｃ１については、電池１１を電源装置５に組み込む前に測定した開回路電圧Ｖｏｃ１を記憶する。そして、充放電制御部２１ｂは、スイッチ２４を遮断状態としたときの総電流値に対する電池１１の出力電圧の変化傾きから内部抵抗Ｒｉｎ１を算出する。

【0058】

また、充放電制御部２１ｂは、電池１２の開回路電圧Ｖｏｃ２をスイッチ２４が遮断状態の時に測定する電池電圧から取得する。そして、充放電制御部２１ｂは、スイッチ２４を接続状態としたときの分岐電流値に対する電池１２の出力電圧の変化傾きから内部抵抗Ｒｉｎ２を算出する。

【0059】

そして、充放電制御部は、使用不可電流範囲の下限値となる放電電流値Ｉｄｉｓｃｈｇと、使用不可電流範囲の上限値となる充電電流値Ｉｃｈｇと、を（３）式及び（４）式を用いて算出する。
Ｉｄｉｓｃｈｇ＝（Ｖｏｃ２－Ｖｏｃ１）／Ｒｉｎ１・・・（３）
Ｉｃｈｇ＝（Ｖｏｃ１－Ｖｏｃ２）／Ｒｉｎ２・・・（４）

【0060】

ここで、図９に示す例では、電池１２は電池１１に比べて劣化が進んだ電池であり、開回路電圧Ｖｏｃ２が電池１１の開回路電圧Ｖｏｃ１よりも低くなっている。また、図９に示す例では、電池性能の劣化に伴い、電池１２の電圧変化の傾きが電池１１よりも大きくなっている。このような場合、充電電流が充電電流値Ｉｃｈｇ以下になる範囲では、電池１１の開回路電圧Ｖｏｃ１が電池１２の出力電圧よりも高くなるため電池１１から電池１２に向かって流れる循環電流が発生する。また、放電電流が放電電流値Ｉｄｉｓｃｈｇ以下になる範囲では、電池１２の開回路電圧Ｖｏｃ２が電池１１の出力電圧よりも低くなるため電池１１から電池１２に向かって流れる循環電流が発生する。つまり、放電電流Ｉｄｉｓｃｈｇを下限値とし、充電電流Ｉｃｈｇを上限値とする使用不可電流範囲内に総電流値がある場合、循環電流が発生する。しかしながら、充放電制御部２１ｂは、この使用不可電流範囲においてスイッチ２４を遮断状態に制御することでこの循環電流の発生を抑止する。

【0061】

なお、図９に示すように、実施の形態５にかかる電源装置５においても電池１１については全ての充放電電流の範囲に対して利用可能である。

【0062】

上記説明より、実施の形態５にかかる電源装置５では、電源装置５に組み込まれる電池の特性から使用不可電流範囲を設定する。これにより、実施の形態１にかかる電源装置１よりも電池性能を有効に利用しながら、循環電流の発生を抑止することができる。

【0063】

また、実施の形態５にかかる電源装置５では、利用しながら電池１１と電池１２の出力電圧の変化傾きや、開回路電圧を取得することができる。これにより、実施の形態５にかかる電源装置５では、運用中に使用不可電流範囲を電池の状態に合わせて更新することができるため、電池の劣化度に合わせて最も効率が良いと考えられる効率で電池を利用することができる。なお、実施の形態５にかかる電源装置５では、総電流測定部２２による測定結果が総電流値が０を示す場合に電池１１の開回路電圧Ｖｏｃ１を更新することも可能である。

【0064】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0065】

１～５ 電源装置
１１、１２ 電池
１３、３３、１３ａ、１３ｂ、３３１～３３ｎ 循環電流防止部
２１、２１ａ、２１ｂ 充放電制御部
２２ 総電流測定部
２３、２３１～２３ｎ 分岐電流測定部
２４、２４１～２４ｎ スイッチ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｗｃ 共通電源線
Ｗｂ１、Ｗｂ２ 分岐電源線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】