7645518 複合電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-06

(45)【発行日】2025-03-14

(54)【発明の名称】複合電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20250307BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20250307BHJP

   G01R 31/392 20190101ALI20250307BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 P

H01M10/48 301

H02J7/00 Y

H02J7/00 X

H02J7/00 S

G01R31/392

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023578760

(86)(22)【出願日】2023-10-31

(86)【国際出願番号】 JP2023039332

(87)【国際公開番号】W WO2024135108

(87)【国際公開日】2024-06-27

【審査請求日】2023-12-21

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2022/046832

(32)【優先日】2022-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】712006374

【氏名又は名称】ＣＯＮＮＥＸＸ ＳＹＳＴＥＭＳ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】塚本 壽

【審査官】早川 卓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０３８８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０９２７９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１４１３８５６９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０８３２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０４６８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５４１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５１２３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１２３７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０８９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１６３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０５６６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１２７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／０２４８３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２５２５６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ１０／４２－１０／４８

Ｈ０２Ｊ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ７／３４－７／３６

Ｇ０１Ｒ３１／３６－３１／３９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リチウムイオン電池および前記リチウムイオン電池を電気的に接続または遮断するスイッチでそれぞれが構成され、互いに並列に接続された複数の主電池部、ならびに、鉛蓄電池で構成され、前記複数の主電池部に並列に接続された補助電池部をそれぞれが備え、互いに直列に接続された複数の複合ユニットと、
前記リチウムイオン電池の充電中および放電中の電圧、電流および温度の測定値を直接的または間接的に取得するＨＶ部と、
前記複数の主電池部に充放電を繰り返すことに伴って劣化したリチウムイオン電池を劣化電池として認識した場合に、前記劣化電池に接続されたスイッチをオフすると共に、外部機器に前記劣化電池を特定する情報を通知するＥＭＳと、
前記複数の複合ユニットおよび前記ＨＶ部を収納する筐体と、を有し、
前記ＥＭＳは、前記充電中および放電中の少なくとも一方の電流の測定値が所定の範囲から逸脱した場合に、そのリチウムイオン電池を劣化電池として認識し、
前記複数の複合ユニットの内の少なくとも１つの複合ユニットにおいて、前記複数の主電池部を構成するリチウムイオン電池が、オンの状態のスイッチに接続された１つ以上の通電電池とオフの状態のスイッチに接続された１つ以上の非通電電池とで構成される場合、前記ＥＭＳは、前記通電電池の各容量の合計値と前記非通電電池の各容量の合計値とを比較し、各容量の合計値が小さい方の電池の電圧が、各容量の合計値が大きい方の電池の電圧よりも高い時に、前記非通電電池のオフの状態のスイッチをオンする複合電池システム。

【請求項2】

リチウムイオン電池および前記リチウムイオン電池を電気的に接続または遮断するスイッチでそれぞれが構成され、互いに並列に接続された複数の主電池部、ならびに、鉛蓄電池で構成され、前記複数の主電池部に並列に接続された補助電池部をそれぞれが備え、互いに直列に接続された複数の複合ユニットと、
前記リチウムイオン電池の充電中および放電中の電圧、電流および温度の測定値を直接的または間接的に取得するＨＶ部と、
前記複数の主電池部に充放電を繰り返すことに伴って劣化したリチウムイオン電池を劣化電池として認識した場合に、前記劣化電池に接続されたスイッチをオフすると共に、外部機器に前記劣化電池を特定する情報を通知するＥＭＳと、
前記複数の複合ユニットおよび前記ＨＶ部を収納する筐体と、を有し、
前記複数の主電池部は、前記複数の複合ユニットのそれぞれについて仕様に基づいて設定された基本接続数の主電池部および前記基本接続数に対する余剰分として設定された余剰接続数の主電池部で構成され、
前記複数の複合ユニットのそれぞれに対して、前記基本接続数は、４つ以上であり、前記余剰接続数は、１つ以上であり、
前記ＥＭＳは、前記充電中および放電中の少なくとも一方の電流の測定値が所定の範囲から逸脱した場合に、そのリチウムイオン電池を劣化電池として認識し、前記複数の主電池部のそれぞれを構成する各リチウムイオン電池の充電中および放電中のそれぞれの状態で電流を同時に測定した測定値の内、前記ＥＭＳが前記複数の主電池部の中に前記劣化電池として認識したリチウムイオン電池がある場合には、該当するリチウムイオン電池の測定値を除外し、さらに、残りの測定値の中から大きさが最大の１つの測定値および大きさが最小の１つの測定値を除外した残りの測定値の各平均値を算出する複合電池システム。

【請求項3】

前記ＥＭＳは、前記複数の複合ユニットのそれぞれについて前記複数の主電池部の中の前記劣化電池の接続数を算出し、前記劣化電池の接続数が前記余剰接続数と等しくなった場合に、前記外部機器に前記劣化電池の交換を要求する信号を送付する請求項２に記載の複合電池システム。

【請求項4】

前記補助電池部は、さらに、前記鉛蓄電池に流れる電流を測定する電流計と、
前記鉛蓄電池を電気的に接続または遮断する補助スイッチと、
補助ＢＭＳと、を備え、
前記補助ＢＭＳは、前記鉛蓄電池に流れる電流の測定値に基づいて前記補助スイッチをオンオフすると共に、前記鉛蓄電池に流れる電流の測定値を、前記ＨＶ部および前記ＥＭＳを介して前記外部機器に通知する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項5】

前記補助電池部は、さらに、前記鉛蓄電池に過電流が流れた場合に前記鉛蓄電池に流れる電流を遮断するヒューズを有する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項6】

前記複数の主電池部のそれぞれは、ＢＭＳを備え、
前記ＢＭＳは、前記リチウムイオン電池の電圧、電流および温度を測定し、前記電圧、電流および温度に基づいてＳＯＣおよびＳＯＨを算出し、前記電圧、電流および温度の測定値ならびに前記ＳＯＣおよびＳＯＨの算出値を、前記ＨＶ部および前記ＥＭＳを介して前記外部機器に通知する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項7】

前記ＨＶ部は、前記リチウムイオン電池の電圧、電流および温度を測定し、前記電圧、電流および温度に基づいてＳＯＣおよびＳＯＨを算出し、前記電圧、電流および温度の測定値ならびに前記ＳＯＣおよびＳＯＨの算出値を、前記ＥＭＳを介して前記外部機器に通知する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項8】

さらに、前記筐体の内部の温度を測定する温度計と、
前記筐体の内部の温度を変化させる冷暖房装置と、を有し、
前記ＥＭＳは、前記リチウムイオン電池の温度および前記温度計の測定値に基づいて前記冷暖房装置および前記スイッチの少なくとも一方をオンオフすると共に、前記外部機器に前記リチウムイオン電池の温度および前記温度計の測定値を通知する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項9】

さらに、前記筐体の内部に発生した火炎を自動的に検出して消火する消火器を有し、
前記ＥＭＳは、前記消火器が作動した場合に前記外部機器に前記消火器の作動を通知する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項10】

さらに、前記筐体の内部の水素ガスの濃度を測定する水素ガスセンサと、
前記筐体の内部の空気を換気するファンと、を有し、
前記補助電池部は、さらに、前記鉛蓄電池を電気的に接続または遮断する補助スイッチを備え、
前記ＥＭＳは、前記水素ガスの濃度の測定値に基づいて前記ファンおよび前記補助スイッチの少なくとも一方をオンオフすると共に、前記外部機器に前記水素ガスの濃度の測定値を通知する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項11】

さらに、前記筐体の内部の有機ガスの濃度を測定する有機ガスセンサと、
前記筐体の内部の空気を換気するファンと、を有し、
前記ＥＭＳは、前記有機ガスの濃度の測定値に基づいて前記ファンおよび前記スイッチの少なくとも一方をオンオフすると共に、前記外部機器に前記有機ガスの濃度の測定値を通知する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項12】

さらに、前記筐体の内部または外部に配置され、前記リチウムイオン電池および前記鉛蓄電池から前記外部機器への放電電力を直流から交流に変換し、前記外部機器から前記リチウムイオン電池および前記鉛蓄電池への充電電力を交流から直流に変換するＰＣＳを有する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項13】

前記ＥＭＳは、前記電圧の測定値に基づいて前記スイッチをオンオフすると共に、前記外部機器に前記電圧の測定値を通知し、
前記ＥＭＳは、複数の前記筐体にそれぞれ収納された前記ＨＶ部からの通知を受信する請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【請求項14】

前記所定の範囲は、充電中の測定値の平均値および放電中の測定値の平均値に対して共に７０～１３０％である請求項１～３のいずれか１項に記載の複合電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉛蓄電池とリチウムイオン電池とで構成され、かつ互いに直列に接続された複数の複合ユニットを用いた複合電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鉛蓄電池とリチウムイオン電池とを並列に接続した複合電池は、重量あたりの保有エネルギを大きくすると共に、特に低温パワー性能を向上させることができることが知られている。そして、複合電池の安全性を高めるために、様々な技術が開示されている。特許文献１には、リチウムイオン電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサなどが故障した場合でも、安全性を保つことが可能な複合電池システムが開示されている。一方、蓄電装置を構成する二次電池の劣化時の安全性について、特許文献２には、診断手段がセル群または各セルの電圧に基づいて各電池ユニットの劣化度または故障を診断する組電池が開示され、特許文献３には、充電時、各単電池の電流値を計測し、この計測値に基づいて検出した異常な単電池を、スイッチング素子を制御して並列接続より切り離す充放電制御装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－２０８９８３

【文献】特許第５５６４５６１号

【文献】特開２０１３－０３８８８４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１は、リチウムイオン電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、各複合電池の電圧値を検出するための電圧検出器によって過充電および過放電の少なくとも１つが検出された場合に、ユニット断路器を動作させてその電圧検出器を備えた複合電池と同じ複合電池ユニットに含まれる複数の複合電池を電気的に切り離すものの、劣化したリチウムイオン電池を特定してその電池だけを交換することが考慮されていないという問題があった。

【0005】

また、特許文献２は、第一の電流制御素子をオフした状態で、第二の電流制御素子をオフしたときの電圧測定値とオンしたときの電圧測定値との比に基づいて各電池ユニットの劣化度を診断するので、スイッチの数が増えて回路構成が複雑になるという問題があった。さらに、各電池ユニットの劣化度を診断した後に劣化した電池を特定してその電池だけを交換することが考慮されていないという問題があった。さらに、特許文献３は、５個の単電池全てを、充電時には電流計測部を介して充放電経路と接続させ、放電時には電流計測部を介することなく充放電経路と接続させるので、スイッチの数が増えて回路構成が複雑になるという問題があった。

【0006】

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、仕様上の蓄電容量を確保しつつ構成をシンプルにし、劣化したリチウムイオン電池を特定してその電池だけを交換することが可能な複合電池システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、従来と同等以上に安全性を保つこと、資源を有効活用すること、用途を広げること、および拡張性を高めることが可能な複合電池システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、複数の主電池部を、仕様に基づいて設定した基本接続数の主電池部および基本接続数に対して余剰分として設定した余剰接続数の主電池部で構成すること、および複数の主電池部の中の劣化電池の接続数を算出し、劣化電池の接続数が余剰接続数と等しくなった場合に、外部機器に劣化電池の交換を要求する信号を送付することによって、仕様上の蓄電容量を確保しつつ劣化したリチウムイオン電池だけを交換することができることを見出した。

【0008】

また、本発明者は、複数の主電池部に充放電を繰り返すことに伴ってリチウムイオン電池が劣化した結果、複数の主電池部の各リチウムイオン電池の電流の測定値が所定の範囲から逸脱したものと定義することによって、構成をシンプルにし、劣化したリチウムイオン電池を特定することができることを見出し、本発明に至ったものである。

【0009】

即ち、本発明の第１形態は、リチウムイオン電池およびリチウムイオン電池を電気的に接続または遮断するスイッチでそれぞれが構成され、互いに並列に接続された複数の主電池部、ならびに、鉛蓄電池で構成され、複数の主電池部に並列に接続された補助電池部をそれぞれが備え、互いに直列に接続された複数の複合ユニットと、リチウムイオン電池の充電中および放電中の電圧、電流および温度の測定値を直接的または間接的に取得するＨＶ部と、複数の主電池部に充放電を繰り返すことに伴って劣化したリチウムイオン電池を劣化電池として認識した場合に、劣化電池に接続されたスイッチをオフすると共に、外部機器に劣化電池を特定する情報を通知するＥＭＳと、複数の複合ユニットおよびＨＶ部を収納する筐体と、を有し、ＥＭＳは、充電中および放電中の少なくとも一方の電流の測定値が所定の範囲から逸脱した場合に、そのリチウムイオン電池を劣化電池として認識し、複数の複合ユニットの内の少なくとも１つの複合ユニットにおいて、複数の主電池部を構成するリチウムイオン電池が、オンの状態のスイッチに接続された１つ以上の通電電池とオフの状態のスイッチに接続された１つ以上の非通電電池とで構成される場合、ＥＭＳは、通電電池の各容量の合計値と非通電電池の各容量の合計値とを比較し、各容量の合計値が小さい方の電池の電圧が、各容量の合計値が大きい方の電池の電圧よりも高い時に、非通電電池のオフの状態のスイッチをオンする複合電池システムを提供するものである。

【0011】

また、本発明の第２形態は、リチウムイオン電池およびリチウムイオン電池を電気的に接続または遮断するスイッチでそれぞれが構成され、互いに並列に接続された複数の主電池部、ならびに、鉛蓄電池で構成され、複数の主電池部に並列に接続された補助電池部をそれぞれが備え、互いに直列に接続された複数の複合ユニットと、リチウムイオン電池の充電中および放電中の電圧、電流および温度の測定値を直接的または間接的に取得するＨＶ部と、複数の主電池部に充放電を繰り返すことに伴って劣化したリチウムイオン電池を劣化電池として認識した場合に、劣化電池に接続されたスイッチをオフすると共に、外部機器に劣化電池を特定する情報を通知するＥＭＳと、複数の複合ユニットおよびＨＶ部を収納する筐体と、を有し、複数の主電池部は、複数の複合ユニットのそれぞれについて仕様に基づいて設定された基本接続数の主電池部および基本接続数に対する余剰分として設定された余剰接続数の主電池部で構成され、複数の複合ユニットのそれぞれに対して、基本接続数は、４つ以上であり、余剰接続数は、１つ以上であり、ＥＭＳは、充電中および放電中の少なくとも一方の電流の測定値が所定の範囲から逸脱した場合に、そのリチウムイオン電池を劣化電池として認識し、複数の主電池部のそれぞれを構成する各リチウムイオン電池の充電中および放電中のそれぞれの状態で電流を同時に測定した測定値の内、ＥＭＳが複数の主電池部の中に劣化電池として認識したリチウムイオン電池がある場合には、該当するリチウムイオン電池の測定値を除外し、さらに、残りの測定値の中から大きさが最大の１つの測定値および大きさが最小の１つの測定値を除外した残りの測定値の各平均値を算出する複合電池システムを提供するものである。

【0012】

さらに、本発明の第２形態においては、ＥＭＳは、複数の複合ユニットのそれぞれについて複数の主電池部の中の劣化電池の接続数を算出し、劣化電池の接続数が余剰接続数と等しくなった場合に、外部機器に劣化電池の交換を要求する信号を送付するのが好ましい。
さらに、本発明の第１、第２形態においては、補助電池部は、さらに、鉛蓄電池に流れる電流を測定する電流計と、鉛蓄電池を電気的に接続または遮断する補助スイッチと、補助ＢＭＳと、を備え、補助ＢＭＳは、鉛蓄電池に流れる電流の測定値に基づいて補助スイッチをオンオフすると共に、鉛蓄電池に流れる電流の測定値を、ＨＶ部およびＥＭＳを介して外部機器に通知するのが好ましい。

【0013】

さらに、本発明の第１、第２形態においては、補助電池部は、さらに、鉛蓄電池に過電流が流れた場合に鉛蓄電池に流れる電流を遮断するヒューズを有するのが好ましい。
複数の主電池部のそれぞれは、ＢＭＳを備え、ＢＭＳは、リチウムイオン電池の電圧、電流および温度を測定し、電圧、電流および温度に基づいてＳＯＣおよびＳＯＨを算出し、電圧、電流および温度の測定値ならびにＳＯＣおよびＳＯＨの算出値を、ＨＶ部およびＥＭＳを介して外部機器に通知するのが好ましい。
ＨＶ部は、リチウムイオン電池の電圧、電流および温度を測定し、電圧、電流および温度に基づいてＳＯＣおよびＳＯＨを算出し、電圧、電流および温度の測定値ならびにＳＯＣおよびＳＯＨの算出値を、ＥＭＳを介して外部機器に通知するのが好ましい。

【0014】

さらに、本発明の第１、第２形態においては、さらに、筐体の内部の温度を測定する温度計と、筐体の内部の温度を変化させる冷暖房装置と、を有し、ＥＭＳは、リチウムイオン電池の温度および温度計の測定値に基づいて冷暖房装置およびスイッチの少なくとも一方をオンオフすると共に、外部機器にリチウムイオン電池の温度および温度計の測定値を通知するのが好ましい。
さらに、筐体の内部に発生した火炎を自動的に検出して消火する消火器を有し、ＥＭＳは、消火器が作動した場合に外部機器に消火器の作動を通知するのが好ましい。
さらに、筐体の内部の水素ガスの濃度を測定する水素ガスセンサと、筐体の内部の空気を換気するファンと、を有し、補助電池部は、さらに、鉛蓄電池を電気的に接続または遮断する補助スイッチを備え、ＥＭＳは、水素ガスの濃度の測定値に基づいてファンおよび補助スイッチの少なくとも一方をオンオフすると共に、外部機器に水素ガスの濃度の測定値を通知するのが好ましい。

【0015】

さらに、本発明の第１、第２形態においては、さらに、筐体の内部の有機ガスの濃度を測定する有機ガスセンサと、筐体の内部の空気を換気するファンと、を有し、ＥＭＳは、有機ガスの濃度の測定値に基づいてファンおよびスイッチの少なくとも一方をオンオフすると共に、外部機器に有機ガスの濃度の測定値を通知するのが好ましい。
さらに、筐体の内部または外部に配置され、リチウムイオン電池および鉛蓄電池から外部機器への放電電力を直流から交流に変換し、外部機器からリチウムイオン電池および鉛蓄電池への充電電力を交流から直流に変換するＰＣＳを有するのが好ましい。
ＥＭＳは、電圧の測定値に基づいてスイッチをオンオフすると共に、外部機器に電圧の測定値を通知し、ＥＭＳは、複数の筐体にそれぞれ収納されたＨＶ部からの通知を受信するのが好ましい。
所定の範囲は、充電中の測定値の平均値および放電中の測定値の平均値に対して共に７０～１３０％であるのが好ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、仕様上の蓄電容量を確保しつつ構成をシンプルにし、劣化したリチウムイオン電池を特定してその電池だけを交換することができる。
また、本発明によれば、上記効果に加え、従来と同等以上に安全性を保つこと、資源を有効活用すること、用途を広げること、および拡張性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の複合電池システムを示すブロック図である。

【図2】図１の複合電池システムを構成する補助電池部の変形例を示すブロック図である。

【図3】図１の複合電池システムを構成する主電池部の具体的なモジュール構成を示すブロック図である。

【図4】図３の主電池部の他の具体的なモジュール構成を示すブロック図である。

【図5】図１の複合電池システムを構成する補助電池部の具体的なモジュール構成を示すブロック図である。

【図6】図２の補助電池部の変形例の具体的なモジュール構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明の複合電池システムを添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の複合電池システムを示すブロック図である。

【0019】

本発明の第１、第２形態の複合電池システム１０は、複数の複合ユニット１２とＨＶ部１４とＥＭＳ１６と筐体１８とを有する。複数の複合ユニット１２は、複数の主電池部２０ならびに補助電池部３０をそれぞれが備え、互いに直列に接続されたものである。複数の主電池部２０は、リチウムイオン電池２２およびスイッチ２４でそれぞれが構成され、互いに並列に接続されたものである。スイッチ２４は、リチウムイオン電池２２を電気的に接続または遮断するものである。補助電池部３０は、鉛蓄電池３２で構成され、複数の主電池部２０に並列に接続されたものである。

【0020】

ＨＶ部１４は、リチウムイオン電池２２の充電中および放電中の電圧、電流および温度の測定値を直接的または間接的に取得するものである。ＥＭＳ１６は、複数の主電池部２０に充放電を繰り返すことに伴って劣化したリチウムイオン電池２２を劣化電池として認識した場合に、劣化電池に接続されたスイッチ２４をオフすると共に、外部機器４０に劣化電池を特定する情報を通知するものである。筐体１８は、複数の複合ユニット１２およびＨＶ部１４を収納するものである。

【0021】

すなわち、複数の複合ユニット１２の全体は、リチウムイオン電池２２とスイッチ２４とを互いに直列に接続して構成した主電池部２０を並列にＭ個、直列にＮ個、マトリクス状に接続した後、直列に接続したＮ個の主電池部２０のそれぞれに対して、鉛蓄電池３２で構成した補助電池部３０を並列に接続して構成したものである。また、劣化電池とは、充電中および放電中のリチウムイオン電池２２の内部抵抗が充放電を繰り返すことに伴って徐々に大きくなり、または内部短絡に伴って突然小さくなり、電流の測定値が所定の範囲から外れたリチウムイオン電池２２を指すものである。また、劣化電池を特定する情報とは、電流の測定値が所定の範囲から外れたリチウムイオン電池２２の製造番号、マトリクス状に接続した状態における並列接続の序数（Ｍ個中何番目か）と直列接続の序数（Ｎ個中何番目か）との組み合わせなどである。ＨＶ部１４およびＥＭＳ１６は、電気回路で構成されるものであり、必要に応じてＣＰＵを備える。

【0022】

次に、本発明の第１形態の複合電池システム１０に適用される、劣化電池と新たなリチウムイオン電池との交換後に新たなリチウムイオン電池のスイッチをオンする方法について説明する。
ＥＭＳ１６は、充電中および放電中の少なくとも一方の電流の測定値が所定の範囲から逸脱した場合に、そのリチウムイオン電池を劣化電池として認識する。複数の複合ユニット１２の内の少なくとも１つの複合ユニット１２において、複数の主電池部２０を構成するリチウムイオン電池２２が、１つ以上の通電電池と残りの１つ以上の非通電電池とで構成され、通電電池が、オンの状態のスイッチ２４に接続されたものであり、非通電電池が、オフの状態のスイッチ２４に接続されたものである場合を想定することができる。その場合には、ＥＭＳ１６は、通電電池の各容量の合計値と非通電電池の各容量の合計値とを比較し、各容量の合計値が小さい方の電池の電圧が、各容量の合計値が大きい方の電池の電圧よりも高い時に、非通電電池のオフの状態のスイッチ２４をオンする。なお、所定の範囲は、充電中の測定値の平均値および放電中の測定値の平均値に対して共に７０～１３０％であっても良い。

【0023】

例えば、通電電池の各容量の合計値の方が小さい場合には、通電電池の電圧が非通電電池の電圧よりも高い時、すなわち、通電電池の充電時であれば両者の電圧が等しくなってから満充電になるまでの間、または通電電池の放電時であれば満充電から両者の電圧が等しくなるまでの間に、非通電電池のオフの状態のスイッチ２４をオンする。その結果、スイッチ２４をオンした時の突入電流は、各容量の合計値が小さい通電電池から各容量の合計値が大きい非通電電池に流れるので、逆方向に電流が流れる場合と比較して突入電流の流入側のＣレートが小さくなる。

【0024】

逆に、非通電電池の各容量の合計値の方が小さい場合には、非通電電池の電圧が通電電池の電圧よりも高い時、すなわち、通電電池の充電時であれば完全放電から両者の電圧が等しくなるまでの間、または通電電池の放電時であれば両者の電圧が等しくなってから完全放電になるまでの間に、非通電電池のオフの状態のスイッチ２４をオンする。その結果、スイッチ２４をオンした時の突入電流は、各容量の合計値が小さい非通電電池から各容量の合計値が大きい通電電池に流れるので、逆方向に電流が流れる場合と比較して突入電流の流入側のＣレートが小さくなる。

【0025】

上記両者の電圧の差は、１０～１００ｍＶであるのが好ましい。両者の電圧の差が１０ｍＶ未満の場合には、電圧が不安定な場合に逆方向に電流が流れる心配がある。両者の電圧の差が１００ｍＶ超の場合には、突入電流の大きさが大きくなり過ぎる。なお、Ｃレートとは、電池容量に対する充放電電流値の比であり、１Ｃとは、１時間で満充電の状態から完全放電の状態になる時の電流値を表す。

【0026】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、スイッチをオンした時の突入電流がリチウムイオン電池に及ぼすダメージを軽減してそのリチウムイオン電池の寿命を延ばすことができるので、資源を有効活用することができる。

【0027】

次に、参考としての複合電池システム１０に適用される、劣化電池の判断基準について説明する。
複数の主電池部２０は、複数の複合ユニット１２のそれぞれについて仕様に基づいて設定された基本接続数の主電池部および基本接続数に対する余剰分として設定された余剰接続数の主電池部で構成される。複数の複合ユニット１２のそれぞれに対して、基本接続数は、２つ以上であっても良いが、３つ以上が好ましく、４つ以上がより好ましい。余剰接続数は、１つ以上であっても良いが、２つ以上が好ましく、３つ以上がより好ましい。ＥＭＳ１６は、充電中および放電中の両方の電流の測定値が所定の範囲から逸脱した場合に、そのリチウムイオン電池を劣化電池として認識し、複数の主電池部２０のそれぞれを構成する各リチウムイオン電池２２の充電中および放電中のそれぞれの状態で電流を同時に測定した測定値の各平均値を算出するものであっても良い。なお、所定の範囲は、充電中の測定値の平均値および放電中の測定値の平均値に対して共に７０～１３０％であっても良い。

【0028】

例えば、複数の複合ユニット１２のそれぞれに対して、基本接続数が８つであり、余剰接続数が２つである場合、各複合ユニット１２は、仕様に基づいて互いに並列に接続された１番目から８番目までのリチウムイオン電池２２と、余剰分として互いに並列に接続された９番目と１０番目のリチウムイオン電池２２と、を互いに並列に接続して構成される。互いに直列に接続されたＮ個の複合ユニット１２の内の１つにおいて、各リチウムイオン電池２２の充電中および放電中のそれぞれの状態で電流を同時に測定した測定値がたまたま同じ値であり、例えば、１．２Ａ、１４．０Ａ、１０．０Ａ、１０．１Ａ、１０．２Ａ、１０．３Ａ、１０．４Ａ、１０．５Ａ、１０．６Ａおよび１０．７Ａであったとする。その場合、測定値の平均値は、９．８Ａとなり、測定値の平均値に対して７０～１３０％の範囲は、６．８６～１２．７４Ａとなるので、１番目の測定値１．２Ａおよび２番目の測定値１４．０Ａは、充電中および放電中の両方の状態でこの範囲から外れている。

【0029】

したがって、１番目および２番目のリチウムイオン電池は、劣化電池として認識され、カウントされる。なお、この場合、ＥＭＳ１６は、劣化電池に接続されたスイッチ２４をオフすると共に、外部機器４０に劣化電池を特定する情報を通知する。以上がＮ個の複合ユニット１２の内の１つにおいて実行される具体的な処理内容であり、ＥＭＳ１６は、他の複合ユニットに対しても同様に実行する。充電中および放電中の両方の状態の測定値が各平均値の７０％未満の場合には、内部抵抗が大きくなり過ぎているので、完全に劣化したと判断できる。測定値が各平均値の１３０％超の場合には、内部短絡の兆候があると考えられるので、完全に劣化したと判断できる。

【0030】

このような構成とすることで、参考としての複合電池システムは、特許文献３のように異常な単電池の検出を蓄電装置の充電中にしか行わない場合と比較して、測定異常による判断ミスの可能性を低下させることができるので、構成をシンプルにし、劣化したリチウムイオン電池を適切に特定することができる。

【0031】

次に、本発明の第２形態の複合電池システム１０に適用される、劣化電池の他の判断基準について説明する。
複数の主電池部２０は、複数の複合ユニット１２のそれぞれについて仕様に基づいて設定された基本接続数の主電池部および基本接続数に対する余剰分として設定された余剰接続数の主電池部で構成される。複数の複合ユニット１２のそれぞれに対して、基本接続数は、４つ以上であっても良いが、５つ以上が好ましく、６つ以上がより好ましい。余剰接続数は、１つ以上であっても良いが、２つ以上が好ましく、３つ以上がより好ましい。ＥＭＳ１６は、充電中および放電中の少なくとも一方の電流の測定値が所定の範囲から逸脱した場合に、そのリチウムイオン電池を劣化電池として認識し、複数の主電池部２０のそれぞれを構成する各リチウムイオン電池２２の充電中および放電中の少なくとも一方の状態で電流を同時に測定した測定値の内、ＥＭＳ１６が複数の主電池部２０の中に劣化電池として認識したリチウムイオン電池がある場合には、該当するリチウムイオン電池の測定値を除外し、さらに、残りの測定値の中から大きさが最大の１つの測定値および大きさが最小の１つの測定値を除外した残りの測定値の平均値を算出するものであっても良い。なお、所定の範囲は、充電中の測定値の平均値および放電中の測定値の平均値に対して共に７０～１３０％であっても良い。

【0032】

例えば、複数の複合ユニット１２のそれぞれに対して、基本接続数が８つであり、余剰接続数が２つである場合、各複合ユニット１２は、仕様に基づいて互いに並列に接続された１番目から８番目までのリチウムイオン電池２２と、余剰分として互いに並列に接続された９番目と１０番目のリチウムイオン電池２２と、を互いに並列に接続して構成される。互いに直列に接続されたＮ個の複合ユニット１２の内の１つにおいて、各リチウムイオン電池２２の充電中および放電中のそれぞれの状態で電流を同時に測定した測定値がたまたま同じ値であり、例えば、１．２Ａ、１４．０Ａ、１０．０Ａ、１０．１Ａ、１０．２Ａ、１０．３Ａ、１０．４Ａ、１０．５Ａ、１０．６Ａおよび１０．７Ａであり、しかも測定値が１．２Ａの１番目のリチウムイオン電池はＥＭＳ１６が劣化電池として認識したリチウムイオン電池であったとする。その場合、まず１．２Ａを除外し、次に１４．０Ａおよび１０．０Ａを除外した残りの７つの測定値の平均値は、１０．４Ａとなり、測定値の平均値に対して７０～１３０％の範囲は、７．２８～１３．５２Ａとなるので、２番目の測定値１４．０Ａは、充電中および放電中の両方の状態でこの範囲から外れている。

【0033】

したがって、２番目のリチウムイオン電池は、新たに劣化電池として認識され、カウントされる。なお、この場合、ＥＭＳ１６は、劣化電池に接続されたスイッチ２４をオフすると共に、外部機器４０に劣化電池を特定する情報を通知する。以上がＮ個の複合ユニット１２の内の１つにおいて実行される具体的な処理内容であり、ＥＭＳ１６は、他の複合ユニットに対しても同様に実行する。充電中および放電中の少なくとも一方の状態の測定値が各平均値の７０％未満の場合には、内部抵抗が大きくなり過ぎているので、完全に劣化したと判断できる。測定値が各平均値の１３０％超の場合には、内部短絡の兆候があると考えられるので、完全に劣化したと判断できる。

【0034】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、特許文献３のように並列接続されている単電池の平均電流値を単純に算出する場合と比較して、測定異常による判断ミスの可能性を低下させることができるので、構成をシンプルにし、劣化したリチウムイオン電池を適切に特定することができる。

【0035】

次に、劣化電池の交換条件について説明する。
ＥＭＳ１６は、複数の複合ユニット１２のそれぞれについて複数の主電池部２０の中の劣化電池の接続数を算出し、劣化電池の接続数が余剰接続数と等しくなった場合に、外部機器４０に劣化電池の交換を要求する信号を送付する。

【0036】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、リチウムイオン電池が劣化した場合でも、安全性を保つことができる。

【0037】

次に、補助電池部の構成について説明する。
補助電池部３０は、さらに、電流計３４と補助スイッチ３６と補助ＢＭＳ３８とを備えても良い。その場合には、電流計３４は、鉛蓄電池３２に流れる電流を測定するものである。補助スイッチ３６は、鉛蓄電池３２を電気的に接続または遮断するものである。補助ＢＭＳ３８は、鉛蓄電池３２に流れる電流の測定値に基づいて補助スイッチ３６をオンオフすると共に、鉛蓄電池３２に流れる電流の測定値を、ＨＶ部１４およびＥＭＳ１６を介して外部機器４０に通知するものである。

【0038】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、鉛蓄電池に過電流が流れた場合でも、安全性を保つことができる。

【0039】

次に、補助電池部の変形例について説明する。図２は、図１の複合電池システムを構成する補助電池部の変形例を示すブロック図である。本発明の補助電池部３０ａは、補助電池部３０に対して、電流計３４および補助スイッチ３６の代わりにヒューズ５０を有する点、ならびに補助ＢＭＳ３８を有しない点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素の説明を省略する。
補助電池部３０は、さらに、ヒューズ５０を有しても良い。その場合には、ヒューズ５０は、鉛蓄電池３２に過電流が流れた場合に鉛蓄電池３２に流れる電流を遮断するものである。

【0040】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、鉛蓄電池に過電流が流れた場合でも、安全性を保つことができる。

【0041】

次に、ＢＭＳの機能について説明する。
複数の主電池部２０のそれぞれは、ＢＭＳ２６を備えても良い。その場合には、ＢＭＳ２６は、リチウムイオン電池２２の電圧、電流および温度を測定し、電圧、電流および温度に基づいてＳＯＣおよびＳＯＨを算出し、電圧、電流および温度の測定値ならびにＳＯＣおよびＳＯＨの算出値を、ＨＶ部１４およびＥＭＳ１６を介して外部機器４０に通知するものである。

【0042】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、リチウムイオン電池に付属しているＢＭＳをそのまま使用できるので、資源を有効活用することができる。

【0043】

次に、ＢＭＳの機能をＨＶ部に組み込んだ場合について説明する。
ＨＶ部１４は、リチウムイオン電池２２の電圧、電流および温度を測定し、電圧、電流および温度に基づいてＳＯＣおよびＳＯＨを算出し、電圧、電流および温度の測定値ならびにＳＯＣおよびＳＯＨの算出値を、ＥＭＳ１６を介して外部機器４０に通知しても良い。

【0044】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、ＢＭＳの機能をＨＶ部に統合するので、複合電池システムの構成をシンプルにすることができる。

【0045】

次に、筐体の内部の温度制御について説明する。
複合電池システム１０は、さらに、温度計５２と冷暖房装置５４とを有しても良い。その場合には、温度計５２は、筐体１８の内部の温度を測定するものである。冷暖房装置５４は、筐体１８の内部の温度を変化させるものである。ＥＭＳ１６は、リチウムイオン電池２２の温度および温度計５２の測定値に基づいて冷暖房装置５４およびスイッチ２４の少なくとも一方をオンオフすると共に、外部機器４０にリチウムイオン電池２２の温度および温度計５２の測定値を通知するものである。

【0046】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、リチウムイオン電池の温度および筐体の内部の温度を安全な範囲に制御するので、安全性を保つことができる。

【0047】

次に、筐体の内部の火災対策について説明する。
複合電池システム１０は、さらに、消火器５６を有しても良い。その場合には、消火器５６は、筐体１８の内部に発生した火炎を自動的に検出して消火するものである。ＥＭＳ１６は、消火器５６が作動した場合に外部機器４０に消火器５６の作動を通知するものである。

【0048】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、落雷や配線の短絡などによって筐体内に火災が発生したでも、安全性を保つことができる。

【0049】

次に、筐体の内部の水素ガス対策について説明する。
複合電池システム１０は、さらに、水素ガスセンサ５８とファン６０とを有し、補助電池部３０は、さらに、補助スイッチ３６を備えても良い。その場合には、水素ガスセンサ５８は、筐体１８の内部の水素ガスの濃度を測定するものである。ファン６０は、筐体１８の内部の空気を換気するものである。補助スイッチ３６は、鉛蓄電池３２を電気的に接続または遮断するものである。ＥＭＳ１６は、水素ガスの濃度の測定値に基づいてファン６０およびスイッチ２４の少なくとも一方をオンオフすると共に、外部機器４０に水素ガスの濃度の測定値を通知するものである。

【0050】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、鉛蓄電池の過充電などによって鉛蓄電池から大量の水素ガスが発生した場合でも、安全性を保つことができる。

【0051】

次に、筐体の内部の有機ガス対策について説明する。
複合電池システム１０は、さらに、有機ガスセンサ６２とファン６０とを有しても良い。その場合には、有機ガスセンサ６２は、筐体１８の内部の有機ガスの濃度を測定するものである。ファン６０は、筐体１８の内部の空気を換気するものである。ＥＭＳ１６は、有機ガスの濃度の測定値に基づいてファン６０およびスイッチ２４の少なくとも一方をオンオフすると共に、外部機器４０に有機ガスの濃度の測定値を通知するものである。

【0052】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、リチウムイオン電池の劣化などによってリチウムイオン電池から大量の電解液が漏れた場合でも、安全性を保つことができる。

【0053】

次に、本発明の複合電池システムの用途を広げたり拡張性を高めたりするものについて説明する。
複合電池システム１０は、さらに、ＰＣＳ６４を有しても良い。その場合には、ＰＣＳ６４は、筐体１８の内部または外部に配置され、リチウムイオン電池２２および鉛蓄電池３２から外部機器４０への放電電力を直流から交流に変換し、外部機器４０からリチウムイオン電池２２および鉛蓄電池３２への充電電力を交流から直流に変換するものである。

【0054】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、複合電池システムの用途を広げることができる。

【0055】

ＥＭＳ１６は、電圧の測定値に基づいてスイッチ２４をオンオフすると共に、外部機器４０に電圧の測定値を通知しても良い。また、ＥＭＳ１６は、複数の筐体１８にそれぞれ収納されたＨＶ部１４からの通知を受信しても良い。

【0056】

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、複合電池システムの拡張性を高めることができる。

【0057】

次に、主電池部および補助電池部の具体的なモジュール構成について説明する。図３は、図１の複合電池システムを構成する主電池部の具体的なモジュール構成を示すブロック図である。本発明の主電池部２０ａは、主電池部２０に対して、リチウムイオン電池２２の代わりに互いに直列に接続された複数のリチウムイオン電池モジュール２２ｍを有する点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素の説明を省略する。図４は、図３の主電池部の他の具体的なモジュール構成を示すブロック図である。本発明の主電池部２０ｂは、主電池部２０に対して、リチウムイオン電池２２の代わりに互いに直列に接続された複数のリチウムイオン電池モジュール２２ｍを有し、スイッチ２４の代わりに各リチウムイオン電池モジュール２２ｍに対応するスイッチモジュール２４ｍを有し、ＢＭＳ２６の代わりに各リチウムイオン電池モジュール２２ｍに対応するＢＭＳモジュール２６ｍを有するものである。

【0058】

また、図５は、図１の複合電池システムを構成する補助電池部の具体的なモジュール構成を示すブロック図である。本発明の補助電池部３０ｂは、補助電池部３０に対して、鉛蓄電池３２の代わりに互いに直列に接続された複数の鉛蓄電池モジュール３２ｍを有する点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素の説明を省略する。図６は、図２の補助電池部の変形例の具体的なモジュール構成を示すブロック図である。本発明の補助電池部３０ｃは、補助電池部３０ａに対して、鉛蓄電池３２の代わりに互いに直列に接続された複数の鉛蓄電池モジュール３２ｍを有する点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素の説明を省略する。

【0059】

一例として、複合電池システムＡの構成について説明する。
複合電池システムＡでは、複数の複合ユニット１２は、互いに直列に接続された２個の複合ユニット１２であっても良い。リチウムイオン電池２２は、電池容量が５．６３ｋＷｈで動作電圧が約２４Ｖの互いに直列に接続された１７個のリチウムイオン電池モジュール２２ｍであっても良い。鉛蓄電池３２は、電池容量が０．３６ｋＷｈで動作電圧が約１２．７５Ｖの互いに直列に接続された３２個の鉛蓄電池モジュール３２ｍであっても良い。

【0060】

複合電池システムＡでは、リチウムイオン電池モジュール２２ｍは、ＢＹＤ製ＡＳ－ＯＰ－８Ｓであり、リチウムイオン電池２２は、電池容量が９５．７ｋＷｈで動作電圧が約４０８Ｖである。鉛蓄電池モジュール３２ｍは、ＬＣＰＡ製３３－１２であり、鉛蓄電池３２は、電池容量が１１．５ｋＷｈで動作電圧が約４０８Ｖである。主電池部２０の基本接続数が２つであり、余剰接続数が１つである場合、各複合ユニット１２は、基本接続数の電池容量が２０２．９ｋＷｈであり、余剰接続数を含む電池容量が２９８．６ｋＷｈである。複合ユニット１２の直列接続数が２つである場合、複数の複合ユニット１２の全体は、基本接続数の電池容量が４０５．８ｋＷｈであり、余剰接続数を含む電池容量が５９７．２ｋＷｈであり、動作電圧が約８１６Ｖである。

【0061】

他の一例として、複合電池システムＢの構成について説明する。
複合電池システムＢでは、複数の複合ユニット１２は、互いに直列に接続された４個の複合ユニット１２であっても良い。リチウムイオン電池２２は、電池容量が２６．７３ｋＷｈで動作電圧が約１５０Ｖの互いに直列に接続された２個のリチウムイオン電池モジュール２２ｍであっても良い。鉛蓄電池３２は、電池容量が０．３６ｋＷｈで動作電圧が約１２．７５Ｖの互いに直列に接続された２４個の鉛蓄電池モジュール３２ｍであっても良い。

【0062】

複合電池システムＢでは、リチウムイオン電池モジュール２２ｍは、ｅ－ＢＵＳ電池Ｌ１７３ＴＢ２であり、リチウムイオン電池２２は、電池容量が５３．４６ｋＷｈで動作電圧が約３００Ｖである。鉛蓄電池モジュール３２ｍは、ＬＣＰＡ製３３－１２であり、鉛蓄電池３２は、電池容量が８．６４ｋＷｈで動作電圧が約３０６ｍＶである。主電池部２０の基本接続数が２つであり、余剰接続数が１つである場合、各複合ユニット１２は、基本接続数の電池容量が１１５．６ｋＷｈであり、余剰接続数を含む電池容量が１６９．０ｋＷｈである。複合ユニット１２の直列接続数が４つである場合、複数の複合ユニット１２の全体は、基本接続数の電池容量が４６２．２ｋＷｈであり、余剰接続数を含む電池容量が６７６．１ｋＷｈであり、動作電圧が約１２００Ｖである。

【0063】

複合電池システムＡおよびＢにおいて、リチウムイオン電池モジュール２２ｍの内部にバッテリマネジメントユニット（以下、ＢＭＵという）が搭載され、そのＢＭＵを駆動するために制御用１２Ｖ電源が必要な場合にはそれを接続する。その場合には、複合電池システムＡおよびＢの起動手順は、まず、外部から電圧が掛かってもリチウムイオン電池モジュール２２ｍが充放電可能な状態になるようにＢＭＳのソフトウェアをあらかじめ変更しておき、次に、リチウムイオン電池モジュール２２ｍと制御用１２Ｖ電源との間に接続されたスイッチをオンし、次に、リチウムイオン電池モジュール２２ｍのコンタクタをオンしてリチウムイオン電池モジュール２２ｍを充放電可能な状態にする。
本発明の複合電池システムは、基本的に以上のように構成される。

【0064】

以上、本発明の複合電池システムについて詳細に説明したが、本発明は上記記載に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしても良いのはもちろんである。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明の複合電池システムは、仕様上の蓄電容量を確保しつつ構成をシンプルにし、劣化したリチウムイオン電池を特定してその電池だけを交換することができるという効果に加え、従来と同等以上に安全性を保つこと、資源を有効活用すること、用途を広げること、および拡張性を高めることができるという効果もあるので、産業上有用である。

【符号の説明】

【0066】

１０ 複合電池システム
１２ 複合ユニット
１４ ＨＶ部
１６ ＥＭＳ
１８ 筐体
２０、２０ａ、２０ｂ 主電池部
２２ リチウムイオン電池
２２ｍ リチウムイオン電池モジュール
２４ スイッチ
２４ｍ スイッチモジュール
２６ ＢＭＳ
２６ｍ ＢＭＳモジュール
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 補助電池部
３２ 鉛蓄電池
３２ｍ 鉛蓄電池モジュール
３４ 電流計
３６ 補助スイッチ
３８ 補助ＢＭＳ
４０ 外部機器
５０ ヒューズ
５２ 温度計
５４ 冷暖房装置
５６ 消火器
５８ 水素ガスセンサ
６０ ファン
６２ 有機ガスセンサ
６４ ＰＣＳ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】