JP2007336778A - 充電システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池システムに搭載された電池の種類によらずその電池の充電特性に従って充電器から充電することができる充電システムを提供することである。
【解決手段】電池システム１１のメモリ２７には、電池１２の種類に応じて予め定められた充電パターンが記憶され、基準値発生回路２６は電気量検出器２５で時々刻々検出される電気量及びメモリ２７に記憶された充電パターンに基づいて充電の基準値を発生する。充電器１８の制御装置２０は、電池システム１１の基準値発生回路２６からの基準値に基づき電源部１９から供給する充電電力を制御し、電池システム１１の電池１２に供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池システムに搭載された電池に充電器を接続し、充電器から電池に充電電力を供給して電池を充電する充電システム及びその制御方法に関する。

電池を搭載した電池システムとしては、例えば、電気自動車やハイブリッド車がある。また、鉄道車両においても電池を搭載したものがある。さらには、据置型電池システム、例えば、電池を使った無停電電源システムもある。このような電池システムの電池を充電するには充電器から充電することになる。現状においては、充電器としては電力変換器を用いて交流電力を直流電力に変換し、電池の充電特性に合わせて、充電器側で電力変換器の出力である直流電力を調整し電池への充電電力を得るようにしている。

図４は、従来の充電システムの構成図である。電池システム１１は電池１２と電池情報送信部１３とを有し、電池１２には電源線１４ａが接続され、電池情報送信部１３には通信線１５ａが接続されている。電源線１４ａ及び通信線１５ａは一つのケーブル１６ａにまとめられて外部に引き出され端部にコネクタ１７ａが設けられている。電池情報送信部１３は電池１２の種類や電池１２の端子電圧等の電池情報を送信するものである。

一方、充電器１８は、電池システム１１の電池１２を充電するための電力を供給するための電源部１９と、電源部１９からの出力電力を示す電気量を検出する電気量検出器２９と、電池システム１１に搭載された各種電池１２に対応して予め定められた複数個の充電パターンを記憶するメモリ２１と、メモリ２１に記憶された充電パターンに基づいて充電の基準値を発生する基準値発生回路２６と、電気量検出器２９で検出された電気量が基準値発生回路２６で発生した充電の基準値になるように電源部１９からの出力電力を制御する制御装置２０とを有している。

さらに、電源部１９は交流電源２２の交流電力を直流電力に変換する電力変換器２３と、制御装置２０からの指令に基づいて電力変換器２３のゲートをオンオフ制御するゲート制御回路２４とを有し、電気量検出器２９は電源部１９の電力変換器２３の端子電圧を検出する電圧変成器ＰＴ及び電力変換器２３の端子電流を検出する電流変成器ＣＴを有している。

そして、電力変換器２３には電源線１４ｂが接続され、制御装置２０には通信線１５ｂが接続されている。電源線１４ｂ及び通信線１５ｂは一つのケーブル１６ｂにまとめられて外部に引き出され端部にコネクタ１７ｂが設けられている。

電池システム１１の電池１２を充電するには、電池システム１１のケーブル１６ａのコネクタ１７ａと充電器１８のケーブル１６ｂのコネクタ１７ｂとを接続する。これにより、電池システム１１の電源線１４ａ及び通信線１５ａが充電器１８の電源線１４ｂ及び通信線１５ｂにそれぞれ接続される。この状態で充電器１８の基準値発生回路２６は、電池システム１１の電池情報送信部１３から電池システム１１の電池１２の種類や電池１２の端子電圧等の情報を入力し、また、入力した電池１２の種類に対応する充電パターンをメモリ２１から読み出し、電気量検出器２９で検出された電源部１９の電気量に基づいて充電の基準値を発生する。

制御部２０は電気量検出器２９で検出された電源部１９の電気量を監視しながら電源部１９の出力電力を制御する。すなわち、制御部２０は基準値発生回路２６からの充電の基準値に基づいて電池システム１１の電池１２の種類に対応した充電パターンに従って、電力変換器２３から電池１２に電力を供給できるようにゲート制御回路２４を制御する。

ここで、電気量検出器２９は、電力変換器２３の端子電圧を検出する電圧変成器ＰＴ及び電力変換器２９の端子電流を検出する電流変成器ＣＴを有したものを示しているが、制御装置２０や基準値発生回路２６が電池システム１１の電池１２を充電する際に必要とする電気量が電圧及び電流のいずれか一方である場合には、電圧及び電流のうちの必要とするいずれか一方を入力し、電圧及び電流を必要とする場合には電圧及び電流の双方を入力することになる。

このように、従来の充電システムでは、充電器１８に電池システム１１が接続されたときは、充電器１８は電池システム１１に搭載された電池１２の種類や電圧等の電池情報を入力し、その電池情報に適した充電パターンをメモリ２１から抽出して、その充電パターンに従って電池システム１１の電池１２を充電するようにしている。

ここで、バッテリ駆動機器および充電器に対してバッテリからその種類や現在の使用条件に関する情報を供給することにより、バッテリ駆動機器が適切にバッテリの残量表示や終止制御または充電を行うことができるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−３７０３６号公報

しかし、従来の充電システムでは、充電器１８側で電池システム１１に搭載された電池１２の種類や電圧等の電池情報を判断し、その電池情報に適した充電パターンに従って電池システム１１の電池１２を充電するようにしているので、充電器１８側で電池１２の種類に応じた充電パターンを予め記憶しておかなければならない。従って、新たな電池１２が登場する度に、充電器１８側でその電池１２に対応する充電パターンを用意しなければならない。特に移動体の場合は電池システム１１の電池１２を充電する充電器１８は、現在のガソリンスタンドに当たる箇所に設置されることから、新たな電池１２が登場する度に、すべての充電器１８に対して一斉に新たな充電パターンを用意することは事実上困難である。新たな充電パターンを用意できなかった場合には、その新たな電池１２に対して充電ができない場合が発生したり、充電できたとしてもその電池特性に適した充電パターンでの充電はできないので、電池の寿命に悪影響を与えることがある。

また、同じ種類の電池１３であっても経年変化や使用年数によって充電特性が変化するので、充電パターンを固定せずに充電パターンを変更した方が電池寿命にとっては好ましいことがある。特許文献１のものでは、バッテリの種類や現在の使用条件に関する情報をも考慮に入れて充電を行うものであるが、バッテリの種類や現在の使用条件に関する情報は充電器側で判断して、そのバッテリの特性に適した充電制御を行うものであるので、充電器側でバッテリに適した受電パターン等を予め記憶しておく必要がある。

本発明の目的は、電池システムに搭載された電池の種類によらずその電池の充電特性に従って充電器から充電することができる充電システム及びその制御方法を提供することである。

請求項１の発明に係わる充電システムは、電池システムに搭載された電池に充電器を接続し、前記充電器から前記電池に充電電力を供給して前記電池を充電する充電システムにおいて、前記電池システムは、前記電池の蓄電量を示す電気量を検出する電気量検出器と、前記電池の種類に応じて予め定められた充電パターンを記憶したメモリと、前記電気量検出器で時々刻々検出される電気量及び前記メモリに記憶された充電パターンに基づいて充電の基準値を発生する基準値発生回路とを有し、前記充電器は、前記電池を充電するための電力を供給する電源部と、前記基準値発生回路からの基準値に基づき前記電源部から供給する充電電力を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係わる充電システムは、請求項１の発明において、前記電池システムは、前記電池の寿命に関連する電池状態情報を蓄積する電池状態情報蓄積部を有し、前記基準値発生回路は前記電池状態情報蓄積部に蓄積された電池状態情報を加味して充電の基準値を発生することを特徴とする。

請求項３の発明に係わる充電システムは、請求項１または２に記載の発明において、前記電池システムは、移動体に搭載されることを特徴とする。

請求項４の発明に係わる充電システムの制御方法は、電池システムに搭載された電池に充電器を接続し、前記充電器から前記電池に充電電力を供給して前記電池を充電する充電システムの制御方法において、前記電池システム側で、前記電池の蓄電量を示す電気量を検出し、前記電気量及び前記電池の種類に応じて予め定められた充電パターンに基づいて充電の基準値を発生し、発生した充電の基準値を前記充電器に送信し、前記充電器側では、前記電池システムから送信されてきた充電の基準値に基づいて前記電池に充電電力を供給することを特徴とする。

請求項５の発明に係わる充電システムの制御方法は、電池システムに搭載された電池に充電器を接続し、前記充電器から前記電池に充電電力を供給して前記電池を充電する充電システムの制御方法において、前記電池システム側で、前記電池の蓄電量を示す電気量を検出し、前記電気量、前記電池の種類に応じて予め定められた充電パターン及び前記電池の寿命に関連する電池状態情報に基づいて充電の基準値を発生し、発生した充電の基準値を前記充電器に送信し、前記充電器側では、前記電池システムから送信されてきた充電の基準値に基づいて前記電池に充電電力を供給することを特徴とする。

本発明によれば、電池システムに搭載された電池への充電の基準値を電池システムから充電器に送信し、充電器は電池システムから送信されてきた充電の基準値に基づき、電池への充電電力を供給するので、電池システムに搭載された電池の種類によらず、その電池の充電特性に従って充電器から充電することができる。また、電池の寿命に関連する電池状態情報を加味して得られた充電の基準値を電池システムから充電器に送信するので、電池の長寿命化を図ることができる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる充電システムの構成図である。電池システム１１に搭載された電池１２は、電池システム１１の駆動電源となる電力を蓄積するものであり、電池１２の蓄電量を示す電気量は電気量検出器２５で検出される。図１では電気量検出器２５として、電池１２の端子電圧を検出する電圧変成器ＰＴ及び電池１２の端子電流を検出する電流変成器ＣＴを示している。電池１２の蓄電量を示す電気量は基準値発生回路２６に入力される。また、メモリ２７には、電池システム１１に搭載された電池１２の種類に応じて予め定められた適切な充電パターンが記憶されている。基準値発生回路２６は、電気量検出器２５で時々刻々検出される電気量及びメモリ２７に記憶された充電パターンに基づいて充電の基準値を発生する。

ここで、基準値発生回路２６が充電の基準値を発生するのに必要とする電気量が電圧及び電流のいずれか一方である場合には、電圧及び電流のうちの必要とするいずれか一方を電気量検出器２５から入力し、電圧及び電流の双方を必要とする場合には電圧及び電流の双方を電気量検出器２５から入力することになる。 電池１２には電源線１４ａが接続され、基準値発生回路２７には通信線１５ａが接続されている。電源線１４ａ及び通信線１５ａは一つのケーブル１６ａにまとめられて電池システム１１の外部に引き出され、端部にコネクタ１７ａが設けられている。

一方、充電器１８は、電池システム１１の電池１２を充電するための電力を供給するための電源部１９と、電源部１９からの出力電力を示す電気量を検出する電気量検出器２９と、電源部１９からの出力電力を制御する制御装置２０とを有し、電源部１９は交流電源２２の交流電力を直流電力に変換する電力変換器２３と、制御装置２０からの指令に基づいて電力変換器２３のゲートをオンオフ制御するゲート制御回路２４とを有している。そして、電力変換器２３には電源線１４ｂが接続され、制御装置２０には通信線１５ｂが接続されている。電源線１４ｂ及び通信線１５ｂは一つのケーブル１６ｂにまとめられて外部に引き出され端部にコネクタ１７ｂが設けられている。

電池システム１１の電池１２を充電するには、電池システム１１のケーブル１７ａのコネクタ１７ａと充電器１８のケーブル１６ｂのコネクタ１７ｂとを接続する。これにより、電池システム１１の電源線１４ａと充電器１８の電源線１４ｂとが接続されるとともに、電池システム１１の通信線１５ａと充電器１８の通信線１５ｂとがそれぞれ接続される。この状態で充電器１８の制御装置２０は、通信線１５ａ、１５ｂを介して電池システム１１の基準値発生回路２６から充電の基準値を入力し、電気量検出器２９で検出された電源部１９の電気量を監視しながら、その基準値に従って電源部１９の出力電力を制御する。つまり、基準値発生回路２６からの充電の基準値に従って、電力変換器２３から電池１２に電力が供給できるようにゲート制御回路２４を制御する。 ここで、制御装置２０は、電池システム１１の電池１２を充電制御する際に必要とする電気量が電圧及び電流のいずれか一方である場合には、電圧及び電流のうちの必要とするいずれか一方を電気量検出器２９から入力し、電圧及び電流を必要とする場合には電圧及び電流の双方を電気量検出器２９から入力することになる。

図２は、電池システム１１のメモリ２７に予め記憶される電池１２の充電パターンの例示の説明図である。図２では、電池１２の種類に応じて採り得る適切な４個の充電パターン１〜４を例示している。充電パターンは充電の基準値を発生させるためのパターンである。

充電パターン１は、充電の基準値として充電開始時に所定の一定電流値Ｉ１で充電を行い、電池１２の端子電圧が所定値になったら（時点ｔ１）、充電電流値を単調減少させていき、電池１２の端子電圧が充電最大電圧値になったら（時点ｔ２）、充電を終了する充電パターンである。

充電パターン２は、充電の基準値として充電開始時は電流値Ｉ２で充電を行い、電池１２の端子電圧の上昇とともに、段階的に小さくなる電流値で充電を行う充電パターンであり、電池１２の端子電圧が充電最大電圧値になったら、充電を終了する充電パターンである。

充電パターン３は、充電の基準値として充電開始から充電終了まで一定電流値Ｉ３で充電を行う充電パターンであり、電池１２の端子電圧が充電最大電圧値になったら、充電を終了する充電パターンである。

充電パターン４は、充電の基準値として充電開始から充電終了まで一定電流値Ｉ４で断続的に充電を行う充電パターンであり、電池１２の端子電圧が充電最大電圧値になったら、充電を終了する充電パターンである。ここで示した４個の充電パターン１〜４では、充電の基準値として電流基準値を発生する場合について示しているが電圧基準値とすることも可能である。

電池システム１１のメモリ２７には、このような電池１２の充電パターンのうち、電池１２の種類に応じた適切な充電パターンが予め記憶されており、基準値発生回路２６は、電気量検出器２５で時々刻々検出される電気量に基づいて電池１２の充電状態を判断し、その電池１２の充電状態で適切な充電の基準値を充電パターンに従って出力する。例えば、電池１２の充電状態に基づいて充電パターンの充電開始時の電流値Ｉ１〜Ｉ４や電池１２の充電最大電圧値を決定したり、また、充電パターン２の場合には段階的に小さくする電流値、充電パターン４の場合には断続する間隔を決定したりして充電の基準値を発生する。従って、基準値発生回路２６で発生する充電の基準値は、同じ充電パターンであっても充電開始時の電流値Ｉ１〜Ｉ４や充電電流を供給する時間間隔が異なり、また、電池１２の充電状態により時々刻々変化する。

基準値発生回路２６で発生した充電の基準値は、前述したように充電器１８に送信され、充電器１８の制御装置２０は、送信されてきた充電の基準値に基づいてゲート制御回路２４にゲート指令を出力し電源部１９の出力電力を制御する。

ここで、充電器１８の制御装置２０は、電池システム１１の基準値発生回路２６から充電の基準値による制御ができないとき、つまり、充電器１８の能力を超える充電の基準値であるときは、充電器１８の性能（最大電圧、最大電流）を電池システム１１の基準値発生回路２６に送信する。基準値発生回路２６は、充電器１８の性能を考慮して、再度、充電の基準値を演算し出力することになる。

第１の実施の形態によれば、電力の供給を受ける電池システム１１の電池１２の種類に合わせて、電池システム１１の基準値発生回路２６が充電の基準値を充電器１８に送信し、充電器１８は電池システム１１からの充電の基準値に基づいて充電電力を供給するので、充電器１８は多種多様な電池システム１１の電池１２に対して充電を行うことができる。

（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係わる充電システムの構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、電池１２の寿命に関連する電池状態情報を蓄積する電池状態情報蓄積部２８を追加して設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

電池状態情報蓄積部２８は、電池１２の寿命に関連する電池状態情報を蓄積するものであり、電池１２の固有情報に加え時々刻々変動する変動情報も蓄積している。電池１２の固有情報は、最大電圧、最大電流、最大温度、経年劣化度合、充電特性等であり、変動情報は、電池電圧、電池温度、電池使用開始からの経過時間、充電経過時間、使用年数（年齢）、使用履歴、充電履歴等である。

そして、基準値発生回路１２は、電気量検出器２５で時々刻々検出される電気量に加え、電池状態情報蓄積部２８に蓄積された電池状態情報も加味して充電の基準値を発生する。また、電池システム１１のメモリ２７には、複数個の充電パターンが記憶されており、電池状態情報も加味して充電パターンを変更した方が良い場合には充電パターンも変更できるようになっている。

例えば、基準値発生回路１２は、電池１２の使用年数及び経年劣化度合から判断して、充電パターンｉであったものを充電パターンｘに変更した方が電池１２の長寿命化が図れる場合には、所定の使用年数が経過したときには充電パターンｘに変更する。また、最大電流以上となる使用履歴や、急速充電が所定回数以上である充電履歴がある場合には、充電開始時の初期電流値を低めの電流値にしたりして、電池１２に掛かる負担を軽減できるような充電の基準値を発生する。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、電池１２に対し充電による負担を軽減できるので、電池１２の長寿命化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる充電システムの構成図。 本発明の第１の実施の形態における電池システムのメモリに予め記憶される電池の充電パターンの説明図。 本発明の第２の実施の形態に係わる充電システムの構成図。 従来の充電システムの構成図。

符号の説明

１１…電池システム、１２…電池、１３…電池情報送信部、１４…電源線、１５…通信線、１６…ケーブル、１７…コネクタ、１８…充電器、１９…電源部、２０…制御装置、２１…メモリ、２２…交流電源、２３…電力変換器、２４…ゲート制御回路、２５…、２６…基準値発生回路、２７…メモリ、２８…電池状態情報蓄積部、２９…電気量検出器

Claims (5)

1. 電池システムに搭載された電池に充電器を接続し、前記充電器から前記電池に充電電力を供給して前記電池を充電する充電システムにおいて、
   前記電池システムは、前記電池の蓄電量を示す電気量を検出する電気量検出器と、
   前記電池の種類に応じて予め定められた充電パターンを記憶したメモリと、
   前記電気量検出器で時々刻々検出される電気量及び前記メモリに記憶された充電パターンに基づいて充電の基準値を発生する基準値発生回路とを有し、
   前記充電器は、前記電池を充電するための電力を供給する電源部と、
   前記基準値発生回路からの基準値に基づき前記電源部から供給する充電電力を制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする充電システム。
2. 前記電池システムは、前記電池の寿命に関連する電池状態情報を蓄積する電池状態情報蓄積部を有し、前記基準値発生回路は前記電池状態情報蓄積部に蓄積された電池状態情報を加味して充電の基準値を発生することを特徴とする請求項１記載の充電システム。
3. 前記電池システムは、移動体に搭載されることを特徴とする請求項１または２に記載の充電システム。
4. 電池システムに搭載された電池に充電器を接続し、前記充電器から前記電池に充電電力を供給して前記電池を充電する充電システムの制御方法において、
   前記電池システム側で、前記電池の蓄電量を示す電気量を検出し、
   前記電気量及び前記電池の種類に応じて予め定められた充電パターンに基づいて充電の基準値を発生し、
   発生した充電の基準値を前記充電器に送信し、
   前記充電器側では、前記電池システムから送信されてきた充電の基準値に基づいて前記電池に充電電力を供給することを特徴とする充電システムの制御方法。
5. 電池システムに搭載された電池に充電器を接続し、前記充電器から前記電池に充電電力を供給して前記電池を充電する充電システムの制御方法において、
   前記電池システム側で、前記電池の蓄電量を示す電気量を検出し、
   前記電気量、前記電池の種類に応じて予め定められた充電パターン及び前記電池の寿命に関連する電池状態情報に基づいて充電の基準値を発生し、
   発生した充電の基準値を前記充電器に送信し、
   前記充電器側では、前記電池システムから送信されてきた充電の基準値に基づいて前記電池に充電電力を供給することを特徴とする充電システムの制御方法。
   

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