JP2012244843A - 電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】構成される蓄電池の直並列構成に制限されず、しかも出力低下を防止しつつ蓄電池を交換可能な電池システムを提供する。
【解決手段】充放電が可能な蓄電池を複数備える電池システムにおいて、前記複数の蓄電池のうちの少なくとも一部の蓄電池が直列に接続され、備えられる前記蓄電池に対して各々並列になるように蓄電池を接続可能な接続端子２を備えることにより、構成される蓄電池の直並列構成に制限されず、しかも出力低下を防止しつつ蓄電池を交換可能な電池システムを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池システムに関する。

リチウムイオン二次電池、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池等の蓄電池が接続されて構成されている電池システムは、鉄道、自動車、船舶等の交通手段用の駆動電源、スマートグリッド、バックアップ用電源等、幅広い用途に用いられている。そして、このような電池システムにおいては、電池システム全体の性能を確保するために、構成される複数の蓄電池毎の状態管理（経時劣化の程度、積算使用時間等）を適切に行うことが重要である。特に、蓄電池がリチウムイオン二次電池の場合、このような状態管理が特に重要である

蓄電池は、使用（充放電）に伴って通常は劣化していく。また、蓄電池の劣化は、経時によっても生じる。そして、複数の蓄電池を接続して使用する場合、構成される蓄電池の劣化の程度には差が生じることがある。このような差が小さなものである場合、電池システム全体の性能には通常は影響しない。しかしながら、このような差が大きなものとなった場合、電池システム全体の性能が低下する（例えば出力電力が低下する等）等の影響が生じることがある。そこで、このような場合には、例えば充電容量が著しく低下した蓄電池を交換することにより、全ての蓄電池間での劣化の程度をできるだけ同程度（或いは所定範囲内）とすることが望まれる。

劣化した蓄電池の交換時には、経済性や利便性等を考慮して、交換単位は小さいことが望ましい。特に、蓄電池が並列に接続されている場合、交換単位が小さいほど、並列に接続されている蓄電池間の横流も少ないものとすることができる。さらに、蓄電池の交換時には、特に電池システムからの放電が可能な限り停止されない（出力低下が伴わない）ようにすることが好ましい。

このような技術に関連して、例えば特許文献１には、複数個の二次電池を構成要素とする電池パック１個から成る電池モジュールまたは前記電池パック複数個を直列に接続して成る電池モジュールを複数個並列に接続して構成する組電池において、前記組電池の充放電を中断することなく、前記組電池中の劣化した前記電池モジュールを交換するコネクタを備えた組電池が記載されている。

特開２００５−１５８５６５号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術においては、以下のような課題がある。
即ち、特許文献１記載の電池パックには、電池パックの形状が特有のものであるため、汎用性が高くないという課題がある。そのため、特許文献１に記載の組電池を製造するコストや電池パックがコスト高になることがある。

さらに、特許文献１に記載の技術においては、不良の電池モジュールが取り外された後、前記不良の電池モジュールが接続されていたコネクタ端子及びコネクタソケットに新たな電池モジュールを接続するようになっている。従って、例えば全ての電池モジュールが直列に接続されている場合、不良の電池モジュールが取り外されると接続回路が切断されることになる。即ち、電池の出力が低下することになる。接続回路が切断されると充放電は停止するため、特許文献１に記載の技術においては電池交換が容易ではないという制約がある。

また、このような制約を受けない組電池とする場合、電池交換時に接続回路が切断されないように電池モジュール間の接続回路を構成することが重要である。そのため、電池交換時の充放電停止を回避するためには、蓄電池同士を接続する接続回路の構成が限定されたものになることがある。

本発明は前記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、構成される蓄電池の直並列構成に制限されず、しかも出力低下を防止しつつ蓄電池を交換可能な電池システムを提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、蓄電池を接続可能な接続端子を、交換する蓄電池に対して並列になるように設けることにより前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明に拠れば、構成される蓄電池の直並列構成に制限されず、しかも出力低下を防止しつつ蓄電池を交換可能な電池システムを提供することができる。

第１実施形態に係る電池システムの構成を模式的に示す図である。 第２実施形態に係る電池システムの構成を模式的に示す図である。 第３実施形態に係る電池システムの構成を模式的に示す図である。 本実施形態に係る電池システムにおける電池交換時のフローチャートである。 第４実施形態に係る電池システムの構成を模式的に示す図である。 本実施形態に係る電池システムが適用される蓄電システムの全体構成を模式的に示す図である。 本実施形態に係る電池システムにおける蓄電池を収容可能なラックを模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明するが、本発明は以下の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更して実施可能である。

［１．第１実施形態］
はじめに、図１を参照しながら、第１実施形態に係る電池システム１０を説明する。図１に示す電池システム１０においては、充放電可能な１つの蓄電池（本実施形態においてはリチウムイオン二次電池）及び保護回路等を有する電池パック１が複数備えられている。このような電池パック１は蓄電池としての機能を有するものである。そして、電池パック１が、蓄電池劣化時の通常の交換可能な最小単位となる。

図１に示す例においては、６個の電池パック１が第１配線路３により接続されている。具体的には、３個の電池パック１ａ，１ｂ，１ｃが直列に接続されているとともに、別の３個の電池パック１ｄ，１ｅ，１ｆも直列に接続されている。また、３個の電池パック１ａ，１ｂ，１ｃと、別の３個の電池パック１ｄ，１ｅ，１ｆとは、並列に接続されている。なお、図１中に太線で示す第１配線路３は、後記する発電装置や電力負荷等と電池とを接続する配線（回路）である。

即ち、電池パック１ａ，１ｂ，１ｃが直列に接続されて構成された電池モジュールと、電池パック１ｄ，１ｅ，１ｆが直列に接続されて構成された電池モジュールと、が並列に接続されている。そして、これら両方の電池モジュールに含まれる電池パックの数は、いずれも同数になっている。

なお、図示はしていないが、紙面右部記載の第１配線路３の両末端（（＋）及び（−））はそれぞれ、太陽電池等の発電装置、並びに電力負荷に接続されている（詳細は図６を参照しながら後記する。）。

また、電池システム１０は、電池パック１ａ〜１ｆのうちのいずれか１つに対して各々並列になるように電池パック１ｇを接続可能な交換用端子２を備えている。ここで、電池パック１ｇは、電池パック１ａ〜１ｆの中で劣化が生じた場合に、その劣化した１つの電池パックと交換して電池システム１０に接続するための新たな電池パック１である。

具体的には、電池パック１ａに対して並列に電池パック１ｇを接続可能な交換用端子２ａ，２ｂ、同様に、電池パック１ｂに対して交換用端子２ｂ，２ｃ、電池パック１ｃに対して交換用端子２ｃ，２ｄ、電池パック１ｄに対して交換用端子２ｅ，２ｆ、電池パック１ｅに対して交換用端子２ｆ，２ｇ、電池パック１ｆに対して交換用端子２ｇ，２ｈを備えている。そして、これらの交換用端子２は、第２配線路４及び第１配線路３を介して各電池パック１に接続されている。

なお、図１中に細線で示す第２配線路４は、前記交換用端子２と第１配線路３中の電池パック１とを接続する配線（回路）である。即ち、劣化して交換対象の電池パックと新たな電池パックとは、第２配線路４及び第１配線路３を介して接続されることになる。

次に、このような構成を有する電池システム１０における、電池パック交換時の動作について説明する。具体的には、電池システム１０からの放電時、電池パック１ｂが劣化し、電池パック１ｂを新たな電池パック１ｇに交換する場合を例に説明する。なお、電池パック１は、電池パック１内の蓄電池に印加される電圧値、通流する電流値、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）等を計測する計側部（図示しない）を備えている。また、電池システム１０は、各計測部からの測定値に基づいて、電池パック１の劣化の程度を判断する演算部（図示しない）を備えている。

各測定値に基づいて演算部が電池パック１ｂの劣化が特に著しいと判断した場合、演算部は図示しない表示手段（液晶画面、ランプ等）に電池パック１ｂを交換することを促す表示を行う。この表示を見たユーザは、電池パック１ｂに対して並列に接続されている交換用端子２ｂ，２ｃに新たな電池パック１ｇを接続する。なお、この電池パック１ｇは、予め充電されたものである。そして、電池パック１ｇが接続された時点では、劣化している電池パック１ｂと電池パック１ｇとの両方に電流が通流している状態（通電状態）となっている。

電池パック１ｇは、電池パック１ｂよりも劣化していないものである。そのため、電池パック１ｂと電池パック１ｇとの両方に通電している状態で電池パック１ｂを取り外しても、出力電圧の低下が生じることは無い。従って、前記のように、電池パック１ｇを接続した後、電池パック１ｂを取り外すことで、出力電圧の低下を生じることなく新たな電池パック１ｇに交換することができる。

また、電池パック１ｂと電池パック１ｇとは並列に接続されている。そのため、電池パック１ｇを接続した後に電池パック１ｂを取り外すことにより、電池パック１ｂに対して直列に接続されている電池パック１ａ，１ｃの通電状態も維持できる。即ち、電池パック１ａ，１ｃの充放電状態を維持したまま（つまり使用中に）、劣化した電池パック１ｂを新たな電池パック１ｇに交換することができる。

次に、電池パック１ｇが交換用端子２に接続されて電池パック１ｂが取り外された後、さらに電池パック１ｄが劣化したため、電池パック１ｄを新たな電池パック（図示しない）に交換する場合を説明する。

この時点では、電池パック１ｂが接続されていた端子は空いている一方、交換用端子２には電池パック１ｇが接続されている状態である。この状態で、はじめに、電池パック１ｂが接続されていた端子に新たな電池パックを接続する。接続完了後、電池パック１ｇと当該新たな電池パックとの両方が通電状態になる。

その後、劣化していると判断された電池パック１ｄに対して並列になるように、電池パック１ｇを接続し直す。即ち、交換用端子２ｂ，２ｃに接続されていた電池パック１ｇを、交換用端子２ｅ，２ｆに接続し直す。なお、電池パック１ｇを再接続する際、電池パック１ｇはいったん交換用端子２ｂ，２ｃから取り外されることになる。そして、電池パック１ｇが交換用端子２ｂ，２ｃから取り外された時、電池パック１ｇは電池パック１ａ，１ｂ，１ｃの直列のグループから外れることになる。

そして、このように接続し直すことで、劣化している電池パック１ｄと電池パック１ｇとの両方が通電状態となる。そして、電池パック１ｄを取り外すことにより、前記した電池パック１ｂの交換の場合と同様に、出力電圧の低下を生じず、さらには、電池パック１ｅ，１ｆの通電状態を維持したまま、劣化した電池パック１ｄを取り外すことができる。

なお、この例では、電池システム１０の定常運転時には、６個の電池パック１が接続されて回路構成されている。従って、定常運転時には、交換用端子２等の電池パック１を接続する端子が一つ空いていることになる。そこで、交換用端子２に接続されている電池パック１ｇが劣化した場合には、第１配線路３上の空いている端子に新たな電池パックを接続した後、電池パック１ｇを取り外せばよい。このような場合にも、電池パック１ｂの交換の場合と同様に、出力電圧の低下を生じず、さらには電池パック１ａ〜１ｆの通電状態を維持したまま電池パック１ｇを取り外すことができる。

以上のように、本実施形態においては、交換対象となる電池パック１に並列になるように新たな電池パックを接続した後、交換対象の電池パック１を取り外すことが重要である。そして、このような手順に従って電池パック１を取り外すことにより、電池システム全体の出力電圧を低下させること無く、劣化した電池を新たな電池に交換することができる。

［２．第２実施形態］
次に、図２を参照しながら第２実施形態に係る電池システム２０を説明する。電池システム２０の構成は基本的には前記した電池システム１０と同様の構成であるため、電池システム１０と異なる点について主に説明する。また、図２において、図１と同じものを表すものについては同じ符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。

図２に示す電池システム２０においては、交換可能な最小単位として、複数の電池パック（蓄電素子）により構成される電池パック群（蓄電池群）を用いている。具体的には、電池システム２０においては、複数の電池パックが直列に接続されて構成される電池パック群１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋを備えてなる。そして、電池パック群１ｈ，１ｉは直列に接続されているとともに、電池パック群１ｊ，１ｋも直列に接続されている。さらに、電池パック群１ｈ，１ｉと電池パック群１ｊ，１ｋとは並列に接続されている。

図２に示す例においては、劣化した電池パック群１ｉを取り外し、新たな電池パック群１ｍを交換用端子２ｉ，２ｊに接続する様子を示している。そして、電池システム２０においても、前記の電池システム１０の場合と同様にして電池パック群１ｉを交換することができる。特に、高出力電圧が要求される場合は、高出力電圧を有する電池パック群が用いられる。従って、そのような用途において、電池システム２０が特に好適である。即ち、高出力電圧が要求される場合であっても、本実施形態に係る電池システムが適用可能である。

［３．第３実施形態］
次に、図３を参照しながら、第３実施形態に係る電池システム３０を説明する。電池システム３０の構成は基本的には前記した電池システム１０と同様の構成であるため、電池システム１０と異なる点について主に説明する。また、図３において、図１と同じものを表すものについては同じ符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。

電池システム３０は、電池システム１０の構成に加えて、電池パックに通流する電流のオン及びオフを制御可能なスイッチ５と、スイッチ５の動作を制御する制御装置６と、をさらに備えるものである。スイッチ５は各電池パック１内に設けられている。即ち、スイッチ５は、電池パック１内の蓄電池同士を接続する回路の途中に設けられている。そして、スイッチ５と制御装置６とは電気信号線７により接続され、制御装置６によってスイッチ５のオン及びオフ（即ちスイッチ５の閉及び開）が操作されるようになっている。

スイッチ５は、電池パック１の接続及び取り外しに際して操作される。具体的には、電池パック１は、スイッチ５がオフのときに、電池システム３０に対して接続され、又は、電池システム３０から取り外されるようになっている。そして、電池システム３０に電池パック１が接続された後、スイッチ５がオンになるように操作される。

制御装置６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成される。そして、制御装置６は、ユーザからの命令（例えば所定のボタンが押下される等）によってスイッチ５のオン及びオフを制御するようになっている。

以下、電池システム３０における電池パック１の交換方法について説明する。以下の説明においては、図１を参照しながら説明した電池システム１０の場合と同じように、放電時に電池パック１ｂが劣化し、電池パック１ｂを新たな電池パック１ｇに交換する場合を例に説明する。なお、電池パック１ｇにも、電池パック１ｂと同様にスイッチ５ｇ（スイッチ５）が備えられているものとする。

電池パック１ｂが劣化した状態にあることを電池システム１０の場合と同様にしてユーザが把握し、電池パック１ｂを交換することをユーザが希望する場合、ユーザははじめにスイッチ５ｇがオフの電池パック１ｇを交換用端子２ｂ，２ｃに接続する。そして、接続完了後、スイッチ５ｇをオンに切り替える。この操作により、電池パック１ｂ及び電池パック１ｇのいずれも通電状態となる。

その後、電池パック１ｂのスイッチ５ｂをオフにする。これにより、電池パック１ｂは通電していない状態となる。そして、通電していない電池パック１ｂを電池システム３０から取り外すことにより、劣化した電池パック１ｂの交換を行うことができる。

さらに、電池システム１０において説明した場合と同様に、この状態で電池パック１ｄが劣化した場合の電池パック交換手順を説明する。

この時点では、電池パック１ｂは電池システム３０から取り外されているため、電池パック１ｂが接続されていた一組の端子は空いた状態となっている。そこで、はじめに、この一組の端子に新たな電池パック（図示しない）を接続する。なお、この新たな電池パックにも電池パック１ｂ等と同様のスイッチが備えられ、新たな電池パックの接続時には当該スイッチはオフになっている。

新たな電池パックの接続が完了したら、新たな電池パックに備えられるスイッチをオンにする。このようにすることで、電池パック１ｇと新たな電池パックとの両方が通電状態になる。その後、電池パック１ｇのスイッチ５ｇをオフにして電池パック１ｇを取り外し、電池パック１ｂに対して並列になるように交換用端子２ｅ，２ｆに電池パック１ｇを接続し直す。そして、電池パック１ｇの再接続完了後、スイッチ５ｇをオンにし、さらに電池パック１ｄのスイッチ５ｄをオフにすることで、電池パック１ｄを電池システム３０から取り外すことができる。

さらに、この状態において、交換用端子２に接続されている電池パック１ｇを交換したい場合には、第１配線路３上の空いている端子に新たな電池パックをスイッチオフ状態で接続すればよい。その後、新たな電池パックのスイッチをオンにして、その後に電池パック１ｇのスイッチ５ｇをオフにすることで、電池パック１ｇを取り外すことができる。

以上の構成を有する電池システム３０における電池交換時のフローを、図３及び図４を参照しながらより詳細に説明する。なお、図４に示すフローは電池システム３０における電池交換時のものであるが、なお、スイッチのオン及びオフに関するステップを省略することにより図１に示す電池システム１０にも同様に適用することができる。

また、「電池パック」の代わりに「電池パック群」を用い、かつスイッチのオン及びオフに関するステップを省略することにより、図２に示す電池システム２０にも同様に適用することができる。さらに、「電池パック」の代わりに、前記した「電池パック群」を用いることにより、図５に示す電池システム４０（後記する。）にも同様に適用することができる。

なお、図４に示すフローにおいて、スイッチ５の操作は、ユーザの要求に応じて、図３に示す制御装置６が行うようになっている。

はじめに、ユーザが交換用端子２に電池パック１が接続されているか否かを確認する（ステップＳ１００）。この確認は、電池パック１が接続されているか否かをユーザが目視することによって行われてもよいし、制御装置６が交換用端子２に電池パック１が接続されているかを確認して、その結果が表示された表示部（図示しない）をユーザが目視することにより行われてもよい。従って、以下で説明する「確認」及び「目視」とは、少なくともこれら２つの何れかによって行われるものとする。

そして、交換用端子２に電池パック１が接続されていない場合（ステップＳ１００のＹｅｓ方向）、取り外す電池パック（除去電池パック；図３における電池パック１ｂに相当）１と並列になるように、ユーザが手作業で新たな電池パック（新規電池パック；図３における電池パック１ｇに相当）１を交換用端子２に接続する（ステップＳ１０１）。なお、新規電池パック１に備えられるスイッチ５は、接続前にはオフになっている。

そして、新規電池パック１を交換用端子２に接続した後、ユーザが手作業で新規電池パック１のスイッチ５をオンにする（ステップＳ１０２）。さらに、除去電池パック１に備えられるスイッチ５をオフにする（ステップＳ１０３）。これらの一連のフローが終了すると除去電池パック１の除去が行われる（ステップＳ１０４）。

一方、ステップＳ１００において、交換用端子２に電池パック１が接続されていることが目視で確認された場合（ステップＳ１００のＮｏ方向）、ユーザは第１配線路３上に空き端子があるかを目視で確認する（ステップＳ１０５）。即ち、図３における電池パック１ａ〜１ｆのうち、いずれかの電池パック１が取り外されていないかを確認する。

その結果、第１配線路３上に空き端子があることが確認された場合（ステップＳ１０５のＹｅｓ方向）、ユーザは当該空き端子に新規電池パック１を手作業で接続する。なお、この場合も、空き端子に接続する前の新規電池パック１のスイッチ５はオフとする。そして、ユーザが新規電池パック１を前記空き端子に接続後（ステップＳ１０６）、新規電池パック１のスイッチ５をオンにする（ステップＳ１０７）。

次に、ユーザは、交換用端子２に接続されている電池パック１のスイッチ５をオフにする（ステップＳ１０８）。その後、ユーザは、当該電池パック１をいったん交換用端子２から手作業で取り外し、除去電池パック１に対して並列になるように交換用端子２に再接続する（ステップＳ１０９）。その後は、前記したステップＳ１０２〜ステップＳ１０４と同様にして、除去電池パック１の除去が完了する。

電池システム３０においては、前記した電池システム１０と同様、定常運転時には６個の電池パック１が接続されて運転される。しかしながら、何らかの理由により、７個の電池パック１が電池システム３０に接続されていることがある。即ち、７個の電池パック１を備えて電池システム３０が運転されている場合がある。以下、そのような場合を想定して説明する。

先のステップＳ１０５において、第１配線路３上に空き端子が無いことが確認された場合（ステップＳ１０５のＮｏ方向）、即ち、図３に示す７個の電池パック１ａ〜１ｇの全てが接続されている場合、ユーザは電池パック１ｂのスイッチ５ｂがオフであるかを確認する（ステップＳ１１０）。即ち、ユーザは、交換用端子２に接続されている電池パック１に対して並列に接続されている電池パック１のスイッチ５がオフであるかを確認する。

その結果、電池パック１ｂのスイッチ５ｂがオフである場合（ステップＳ１１０のＹｅｓ方向）、電池パック１ｂ（即ち、交換用端子２に接続されている電池パック１に対して並列に接続されている電池パック１）を除去する（ステップＳ１１１）。その後は、ステップＳ１０６〜ステップＳ１０９及びステップＳ１０２〜ステップＳ１０４を経て、電池交換が完了する。

一方で、ステップＳ１１０において電池パック１ｂのスイッチ５がオンである場合（ステップＳ１１０のＮｏ方向）、ユーザは、交換用端子２に接続されている電池パック１（電池パック１ｇ）のスイッチ５をオフにする（ステップＳ１１２）。そして、交換用端子２に接続されている電池パック１をユーザが手作業で除去し（ステップＳ１１３）、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４を経て電池交換が完了する。

［４．第４実施形態］
次に、図５を参照しながら、第４実施形態に係る電池システム４０を説明する。電池システム４０の構成は基本的には前記した電池システム２０及び電池システム３０と同様の構成であるため、電池システム２０及び電池システム３０と異なる点について主に説明する。また、図５において、図２及び図３と同じものを表すものについては同じ符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。

電池システム４０において、複数の電池パックにより構成される電池パック群１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋを接続する回路の途中にスイッチ５ｈ，５ｉ，５ｊ，５ｋが備えられている。そして、図４に示す例においては、電池パック群１ｉを取り外し、代わりに電池パック群１ｍを電池システム４０に接続する様子を表している。

この場合、電池システム３０において説明した内容と同様にして、制御装置６によってスイッチ５ｍを操作すればよい。そして、その後に電池パック群１ｍをユーザが手作業で接続すればよい。即ち、スイッチ５ｍをオフにしたまま電池パック群１ｍを接続し、その後スイッチ５ｍを制御装置６を介してオンにすればよい。このようにすることで電池パック群１ｉと電池パック群１ｍとの両方が通電状態になる。そして、この状態からスイッチ５ｉをオフにし、電池パック群１ｉを電池システム４０から取り外せばよい。

また、この状態からの電池パック群１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｍの交換も、電池システム２０や電池システム３０において説明した内容と同様に行うことができる。

［５．まとめ］
以上、本実施形態を４つの具体例を挙げて説明した。前記のように、本実施形態に係る電池システムにおいては、劣化した電池パック等（即ち電池パック及び電池パック群）に対して新たな電池パック等が並列に接続され、その後、当該劣化した電池パック等が交換されるようになっている。そして、このような本実施形態に係る電池システムに拠れば、どのような回路構成であっても、出力電力の低下を生じること無く、劣化した電池の交換を行うことができる。さらには、本実施形態に係る電池システムにおいては、単数の蓄電池を含む電池パックであっても、複数の電池パックからなる電池パック群であっても、同様に適用できる。従って、適用可能な蓄電池の形態に何ら制限が無い。

また、従来は、電池システムにおける直列単位で新たな電池パック等を増設した後に、交換対象の劣化した電池パック等が取り外されていた。そして、この方法においては、電池システムの直列単位１つを別に用意しなければならなかった。そのため、交換作業が煩雑になるという課題があった。しかしながら、本実施形態に係る電池システムに拠れば、そのような単位を要せず、汎用の電池パックを単純に接続すればよいため、交換作業が容易であるという利点がある。

さらには、図３等を参照して説明したように、各電池パック１に電流の通流を制御可能なスイッチ５を備えることにより、電池パックや電池パック群を安全に停止及び起動することができる。

［６．適用用途及び設置形態］
（適用用途）
本実施形態に係る電池システムは、例えば陸海空の交通手段用の駆動電源、スマートグリッド、バックアップ用電源等、任意の用途に適用可能である。

近年、発電装置の形態として、自然環境への負荷が少ない観点から、自然エネルギを利用した発電装置が注目されている。しかし、自然エネルギを利用した発電装置は、自然環境への負荷が少ない反面、発電能力が自然界の状態に左右されやすい。即ち、自然界の状況に拠っては、必要とされる電力負荷に発電能力が対応し難いことがある。

例えば、太陽光発電装置を用いる場合、太陽光照射力の強い夏場には多くの電力を発電できる一方、照射力の弱い冬場には発電する電力量が減少する。従って、季節に拠って、電力発電量に差が生じることになる。

そこで、本実施形態に係る電池システムは、このような発電量が変動する発電装置と組み合わせて特に好適に利用できる。具体的には、例えば図６に示す構成を有する蓄電システム１００が挙げられる。

蓄電システム１００は、電池システム１０と、発電装置１０１と、電力系統１０２と、交流直流変換装置（コンバータ）１０３と、直流交流変換装置（インバータ）１０４と、を備えてなる。なお、図６に示す例においては電池システム１０を適用しているが、電池システム２０や電池システム３０、電池システム４０であっても同様に適用可能である。

発電装置１０１は、例えば風力発電、水力発電、地熱発電、潮力発電、太陽光（太陽熱）発電等の自然エネルギを利用して発電する発電装置である。そして、図６に示す電池システム１０の左右に付されている（＋）及び（−）に対応するように、電池システム１０が接続されている。

電力系統１０２は、図示しない電力負荷（例えば電力需要末端等）に接続されるものである。従って、発電装置１０１や電池システム１０からの電力は、電力系統１０２を介して電力負荷に供給されるようになっている。

また、発電装置１０１において発電される電力、並びに、電力負荷が要求する電力は交流である一方、電池システム１０が蓄電可能な電力は直流である。従って、発電装置１０１と電池システム１０との間には、交流電流を直流電流に変換する交流直流変換装置１０３が備えられている。また、電池システム１０と電力負荷１０２との間には、直流電流を交流電流に変換する直流交流変換装置１０４が備えられている。

蓄電システム１００においては、発電装置１０１で発電された電力が電力負荷からの電力要求量よりも多い場合には、その余剰分の電力が電池システム１０に蓄電されるようになっている。一方で、前記電力要求量が発電量よりも大きい場合には、不足分として、蓄電された電力が電池システム１０から電力負荷に供給されるようになっている。このようにして、自然エネルギの変動、即ち自然界の環境変化を受けずに、安定して電力負荷に電力を供給することが可能となる。なお、これらの制御は、図示しない制御回路や演算部が行うようになっている。

（設置形態）
電池システム１０の具体的な設置形態は、例えば図７に示す形態にすることができる。電池システム１０が収納されている電池装置２００は、前記演算部や配線、制御回路等を収納する回路収納部２０１と、電池パック１を収納する電池パック収納部２０２と、回路収納部２０１及び電池パック収納部２０２を収納するハウジング２０３と、を備えてなる。

なお、図７に示す例においては、電池システム１０を適用しているため、電池パック１ａ〜１ｇをそれぞれ収納する電池パック収納部２０２ａ〜２０２ｇとしている。また、図７に示す設置形態は電池システム１０のみならず、電池システム２０や電池システム３０、電池システム４０にも同様に適用可能である。

電池装置２００において、図７においては図示しないが、各電池収納部２０２に収納されている各電池パック１は図１に示すように配線されている。この際、電池システム１０における交換用端子２は、図示しない制御回路によって一組の交換用端子となるように集約されている。即ち、このように集約された一組の端子が、ハウジング２０３の最下段に位置するように設けられている。

そして、電池収納部２０２に収納される電池パック１と回路収納部２０１や他の電池パック１とは、コネクタを介して接続されている。即ち、各電池収納部２０２は電池装置２００から自在に着脱可能であり、電池収納部２０２（即ち電池パック１）の交換が容易に行えるようになっている。そのため、電池パック収納部２０２ｇを最下段に挿入して制御回路によって配線を切り替えることにより、任意の電池パック１と、新たに挿入された電池パック収納部２０２の電池パックとが並列に接続されるようになっている。

［７．変更例］
以上、本実施形態に係る電池システムを説明したが、本実施形態に係る電池システムは前記の内容に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更して実施可能である。

例えば、前記した電池パック１に備えられる蓄電池はリチウムイオン二次電池であるが、蓄電池は例えば鉛蓄電池等であってもよい。また、必要に応じて、保護回路を備えないようにしたり、別の回路を備えるようにしたりしてもよい。さらに、電池パック１に含まれる蓄電池の数は１つに限定されず、複数の蓄電池を備えて構成される電池パック１としてもよい。

また、電池パック群も、前記の説明では３個の電池パックにより構成されているが、電池パックの数はこれに限定されず、例えば２つ、或いは４つ以上の電池パックにより構成されるようにしてもよい。

また、前記の説明において、各電池パック若しくは各電池パック群に対応するように交換用端子２をそれぞれも設けているが、例えば制御回路等を用いて一組の交換用端子に集約するようにしてもよい（図７参照）。このようにすることで、新たに接続される電池パックの設置スペースを１のみとすることができ、装置の小型化を図ることができる。さらには、交換用端子の削減を図ることもできる。

さらに、電池システムに備えられるスイッチとして、電池システム３０においては電池パック１内に、また、電池システム４０においては電池パック群の外部に設けられている。ただし、前記スイッチは、蓄電池同士を接続する回路の途中に設けられていれば、これらの位置に限定されない。例えば電池システム３０において電池パック１の外部に設けられるようにしてもよいし、電池システム４０において電池パック群の内部に設けられるようにしてもよい。

また、例えば図１に示す交換用端子２について、例えば交換用端子２ａと交換用端子２ｅとは接続されているため、これらを統合することが可能である。即ち、例えば交換用端子２ａと交換用端子２ｅとを統合して一つの交換用端子２’とし、電池パック１ａの交換時には新たな電池パック１ｇを交換用端子２’と２ｂとに接続することができる。また、例えば電池パック１ｄの交換時には、新たな電池パック１ｇを交換用端子２’と２ｆとに接続するようにすることができる。また、交換用端子２ｄ及び交換用端子２ｈについても同様である。そして、このように構成すれば、交換用端子２の数を削減することができる。なお、このことは、図２、図３及び図５においても同様に適用可能である。

さらに、図４に示すフローチャートにおいては、電池交換等の作業はユーザが手作業で行うことを前提にして説明している。ただし、制御装置６が各電池パックの劣化の程度を判断し、劣化した電池パックから予め設置された電池パック１に制御装置６自身が配線切替を行って、新たな電池パック１が第１配線路３に接続されるようにしてもよい。即ち、制御装置６が能動的に各ステップを行うようにしてもよい。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ 電池パック（蓄電池）
１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｍ 電池パック群（蓄電池群）
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉ，２ｊ 交換用端子（接続端子）
３ 第１配線路
４ 第２配線路
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｉ，５ｊ，５ｋ、５ｍ スイッチ
６ 制御装置
７ 電気信号線
１０，２０，３０，４０ 電池システム
１００ 蓄電システム
１０１ 発電装置
１０２ 電力負荷
１０３ 交流直流変換装置
１０４ 直流交流変換装置
２００ 電池装置
２０１ 回路収納部
２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ，２０２ｅ，２０２ｆ，２０２ｇ 電池パック収納部

Claims (6)

1. 充放電が可能な蓄電池を複数備える電池システムにおいて、
   前記複数の蓄電池のうちの少なくとも一部の蓄電池が直列に接続され、
   備えられる前記蓄電池に対して各々並列になるように蓄電池を接続可能な接続端子を備える
   ことを特徴とする、電池システム。
2. 前記蓄電池が、複数の蓄電素子により構成される蓄電池群である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の電池システム。
3. 複数の前記蓄電池が直列に接続されて電池モジュールが構成され、全ての該電池モジュールが並列に接続されているとともに、
   前記電池モジュールに含まれる蓄電池の数が、全ての前記電池モジュールにおいて同数である
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池システム。
4. 前記蓄電池に通流する電流のオン及びオフを制御可能なスイッチを備える
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の電池システム。
5. 前記スイッチは、前記蓄電池同士を接続する回路の途中に備えられる
   ことを特徴とする、請求項４に記載の電池システム。
6. 前記蓄電池は、リチウムイオン二次電池である
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の電池システム。

Images