JP2011182526A - バッテリの充放電制御システム及びこれを搭載した電動車両、バッテリの充放電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの容量低下を防止でき、且つ不要な放電を抑制しながらできるだけ満充電の状態を維持することが可能なバッテリの充放電制御システムを提供する。
【解決手段】バッテリ充放電制御システム１は、二次電池であるバッテリ部１２と、バッテリ部１２の放電を実行する放電部１５と、バッテリ部１５の充放電に係る時間を計測するタイマー部１６と、バッテリ部１２の温度を検出する温度検出センサ１４と、バッテリ部１２の充電状態を監視するとともに、タイマー部１６及び温度検出センサ１４からの情報に基づき放電部１５を制御するバッテリ充放電制御部１１と、を備える。バッテリ充放電制御部１１は、バッテリ部１２が満充電の状態且つ所定温度以上の状態であるのが所定期間以上経過したとき、放電部１５にバッテリ部１２の放電を実行させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池であるバッテリの充放電制御システムに関する。また、そのバッテリの充放電制御システムを搭載した電動車両、バッテリの充放電制御方法に関する。

従来、自動車や自動二輪車は、ガソリンや軽油などを燃料として駆動力を得るエンジンを駆動源とするのが一般的であった。しかしながら昨今、環境保護の対策として、電力をエネルギーとして駆動力を得るモータを駆動源とする電動車両の開発に注目が集まっている。

電動車両はパーソナルコンピュータなどと同様に二次電池であるバッテリを搭載し、このバッテリからモータや制御部等に対して電力を供給しているものがある。電動車両やパーソナルコンピュータといったアプリケーションに搭載されたバッテリは一般家庭やオフィス等の商用電源で充電が可能であり、それらアプリケーションの使用により充電と放電とのサイクルが繰り返されている。バッテリとしてはリチウムイオン二次電池など、高性能化、小型化を満足するものが従来開発されている。しかしながら一方では、バッテリの寿命低下や特性劣化といった問題への対応も検討が続けられている。

例えば、バッテリは満充電に近い状態のままで長期間保存した場合に特性劣化を引き起こし、その後十分な充電を実行しても当初の容量まで回復しないといった問題がある。そこで、長期間保存されるバッテリの容量低下の防止が検討され、その一例を特許文献１に見ることができる。特許文献１に記載された二次電池の保護方法は所定以上の容量を有するリチウムイオン二次電池が所定時間以内に前記所定容量を下回るまで放電されたか否かを判断し、放電されていない場合には前記所定容量を下回るまで二次電池を強制的に放電している。

特開平７−１３０３９７号公報（第３頁、図２）

しかしながら、バッテリを搭載したアプリケーションを次にいつ使用するか分からないといった状況において、バッテリに対してはできるだけ放電を抑制して満充電の状態を維持させておきたいという要望が高まっている。したがって、長期間保存されるバッテリの容量低下防止が図られた特許文献１の二次電池の保護方法のように、所定容量を下回るまでバッテリを強制的に放電させる技術とは目的が相反することになる。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、バッテリの容量低下という特性の劣化を防止することができ、且つ不要な放電を抑制しながらできるだけ満充電の状態を維持することが可能なバッテリの充放電制御システムを提供することを目的とする。また、そのバッテリの充放電制御システムを搭載した電動車両、バッテリの充放電制御方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明はバッテリの充放電制御システムにおいて、二次電池であるバッテリ部と、前記バッテリ部の放電を実行する放電部と、前記バッテリ部の充放電に係る時間を計測するタイマー部と、前記バッテリ部の温度を検出する温度検出センサと、前記バッテリ部の充電状態を監視するとともに、前記タイマー部及び前記温度検出センサからの情報に基づき前記放電部を制御するバッテリ充放電制御部と、を備え、前記バッテリ充放電制御部は、前記バッテリ部が満充電の状態且つ所定温度以上の状態であるのが所定期間以上経過したとき、前記放電部に前記バッテリ部の放電を実行させることとした。

満充電状態での長期間保存が特にバッテリ部の容量低下という劣化に繋がり易い条件はバッテリ部が高温状態であることが分かっているので、この構成によれば、長期間（所定期間以上）保存という条件に加えて、高温（所定温度以上）という条件を満足する場合にバッテリ部の満充電状態に対する放電が実行される。

なお、上記「所定温度」は予め設定したバッテリ部の任意の温度であり、例えば４０°Ｃ、４５°Ｃなどといった温度として構わない。後述する実施形態では「所定温度」を「４０°Ｃ」と設定しているが、このような温度に限定されるわけではない。

同様に、上記「所定期間」は予め設定した任意の期間であり、バッテリ部の性能維持に悪影響を及ぼす可能性が高い判断することができる程度の期間であって、例えば数時間から数日程度の期間とすることが可能であるが、必要に応じて適切に設定できる。したがって、後述する実施形態では「所定期間」を「２日」と設定しているが、このような期間に限定されるわけではない。

また、上記構成のバッテリの充放電制御システムにおいて、前記バッテリ部の強制放電のＯＮ／ＯＦＦを切り替える保存スイッチを備え、前記バッテリ充放電制御部は、前記保存スイッチがＯＮであるのを識別したとき、前記バッテリ部の充電状態及び温度にかかわらず、前記放電部に前記バッテリ部の放電を実行させることとした。

この構成によれば、保存スイッチをＯＮにすることで任意のタイミングでバッテリ部の放電が実行される。

また、上記構成のバッテリの充放電制御システムにおいて、前記バッテリ部を内部に収容するバッテリモジュールを備え、前記バッテリモジュールは、その内部に前記放電部を備えることとした。

この構成によれば、バッテリ部と放電部とが一体として構成されてコンパクトになる。

また、上記構成のバッテリの充放電制御システムにおいて、前記バッテリ部に対して充電を実行するバッテリ充電部を備え、前記バッテリ充電部は、その内部に前記放電部を備えることとした。

この構成によれば、例えば放電部が放電することによって発熱する場合、その熱の影響がバッテリ部に及ぶのを回避できる。

また、上記構成のバッテリの充放電制御システムにおいて、前記バッテリ部の電力供給先である負荷装置及びその負荷装置駆動部を備え、前記バッテリ充放電制御部は、前記負荷装置及び／または前記負荷装置駆動部に前記バッテリ部の電力を供給して前記バッテリ部を放電させることとした。

この構成によれば、例えば放電部が放電することによって発熱する場合、その熱の影響がバッテリ部に及ぶのを回避できる。

また、上記構成のバッテリの充放電制御システムにおいて、前記バッテリ部の充放電履歴を記憶するメモリ装置を備え、前記バッテリ充放電制御部は、前記メモリ装置に記憶された前記バッテリ部の充放電履歴に基づいて前記放電部を制御することとした。

この構成によれば、バッテリ部の充放電履歴に基づいて、例えば放電開始時間や放電量、放電時間など所望の条件でバッテリ部の満充電状態に対する放電が実行される。

また本発明では、上記バッテリの充放電制御システムを電動車両に搭載することとした。

この構成によれば、電動車両において、長期間（所定期間以上）保存という条件に加えて、高温（所定温度以上）という条件を満足する場合にバッテリ部の満充電状態に対する放電が実行される。

また本発明はバッテリの充放電制御方法において、バッテリ部が満充電の状態且つ所定温度以上の状態であるのが所定期間以上経過したとき、前記バッテリ部を放電させることとした。

満充電状態での長期間保存が特にバッテリ部の容量低下という劣化に繋がり易い条件はバッテリ部が高温状態であることが分かっているので、この方法によれば、長時間（所定期間以上）保存という条件に加えて、高温（所定温度以上）という条件を満足する場合にバッテリ部の満充電状態に対する放電が実行される。

本発明の構成によれば、長時間（所定期間以上）保存という条件に加えて、高温（所定温度以上）という条件を満足する場合にバッテリ部の満充電状態に対する放電が実行されるので、バッテリ部の容量低下という特性の劣化が生じる虞が少ないとされる例えば低温時（所定温度未満）には放電を抑制することが可能である。したがって、高温時にはバッテリの容量低下という劣化を防止することができ、且つ低温時には不要な放電を抑制しながらできるだけ満充電の状態を維持することが可能なバッテリの充放電制御システム及びその充放電制御システムを搭載した電動車両、充放電制御方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るバッテリの充放電制御システムの構成を示すブロック図である。 図１に示すバッテリモジュールの正面図である。 図１に示すバッテリモジュールの側面図である。 図１の充放電制御システムによるバッテリの放電制御に係る動作を示すフローチャートである。 メモリ装置に記憶されるバッテリ放置時間に関連するパラメータ項目の一例を示す表である。 本発明の第２の実施形態に係るバッテリの充放電制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るバッテリの充放電制御システムの構成を示すブロック図である。 図７の充放電制御システムを搭載した電動車両を示す側面図である。 図７及び図８のインバータ装置及びモータを示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図９に基づき説明する。

最初に、本発明の第１の実施形態に係るバッテリの充放電制御システムについて、図１〜図３を用いてその構成を説明する。図１はバッテリの充放電制御システムの構成を示すブロック図、図２はバッテリモジュールの正面図、図３はバッテリモジュールの側面図である。

バッテリ充放電制御システム１は、図１に示すように、電源装置２、バッテリ充電部３、負荷装置４、負荷装置駆動部５、及びバッテリモジュール１０を備えている。

電源装置２は商用交流電源に接続され、商用交流電源からバッテリ充電に必要な直流電力を生成している。バッテリ充電部３は電源装置２から電力の供給を受けるとともにバッテリモジュール１０が装着、接続され、バッテリモジュール１０との通信を実行しながら定電流／定電圧充電を安全に遂行する。

負荷装置４は電力を動力に変換する装置であって、例えば電動車両におけるモータがこれに該当する。負荷装置駆動部５はバッテリモジュール１０から供給される電力を制御して負荷装置４を駆動するものであって、例えば電動車両におけるインバータ装置がこれに該当する。

バッテリモジュール１０はバッテリ充放電制御部１１、バッテリ部１２、電流センサ１３、温度検出センサ１４、放電部１５、タイマー部１６、保存スイッチ１７、及びメモリ装置１８を備えている。

バッテリ充放電制御部１１はバッテリ部１２のセル電圧や温度などを監視し、安全に充放電を制御している。バッテリ部１２は直列、並列に接続された複数のバッテリセルで構成されている。電流センサ１３はバッテリ部１２が充放電するときの電流を測定する。なお、図示していないが、バッテリモジュール１０には各バッテリセルの電圧を測定する電圧センサも備えられている。温度検出センサ１４はバッテリ部１２の温度を検出するセンサであって、例えば所定数のバッテリセルごとに対応付けて複数設けることができる。

放電部１５はバッテリ部１２から電流を放電してバッテリ部１２の電圧を下げるためのものである。放電部１５はバッテリモジュール１０内部において図２及び図３に示すよう配置されている。放電部１５としては例えば通常抵抗器を用いることが多く、放電により消費した電力が熱として放出される。したがって、この放熱によりバッテリ部１２が温度上昇しないように、放電部１５やバッテリ充放電制御部１１などを擁する制御回路部１９はバッテリセル１２ａを擁するバッテリ部１２と離れた場所に設けられている。

さらに、放電部１５は、例えばバッテリモジュール１０が電動車両などに搭載される場合、放熱し易く且つバッテリ充放電制御部１１などが熱による悪影響を受けないように、制御回路部１９の上部に配置されている（図２及び図３参照）。また、バッテリモジュール１０は通常放電状態において放電電流に応じた発熱があるので、その熱をできるだけ早く放出できるように熱伝導率が比較的高い部材で構成された放熱部２０、２１を設けている場合がある。バッテリモジュール１０が放熱部２０、２１を有する場合、放電部１５を放熱部２０、２１に近接させ、放熱を助長させる。

また、図１に示すタイマー部１６はバッテリ部１２の充放電に係る時間を計測するものであって、例えばバッテリ部１２に対する充放電が停止されてから放置された時間を計測する。保存スイッチ１７はユーザが操作可能なスイッチであって、これをＯＮにすることにより強制的に放電を実行させて保存状態に切り替える。メモリ装置１８はバッテリ部１２の例えば充電回数や放電開始時間、放電量、放電時間などといった充放電履歴を記憶している。

ここで、バッテリモジュール１０への充電について簡単に説明する。

バッテリ充放電制御部１１はバッテリモジュール１０が商用交流電源に接続されたバッテリ充電部３に接続されたことを検知すると、バッテリ充電部３とバッテリ状態に関する情報の通信を実行し、所定の条件を満足していれば充電を開始する。

バッテリ状態に関する情報とは、例えばバッテリ部１２全体の電圧、各バッテリセル１２ａの電圧、バッテリ温度、バッテリＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、エラー情報などである。所定の条件とは、バッテリ部１２全体の電圧が充電判定電圧以下（例えば［セル充電判定電圧値×直列セル数］以下）、各バッテリセル１２ａの電圧が充電判定電圧以下（例えば全セル３．９Ｖ以下）、バッテリ温度が充電可能温度範囲内（例えば０°Ｃ〜４０°Ｃの範囲内）、バッテリＳＯＣが満充電状態値以下（例えば９５％以下）、エラー情報が出ていない、といった条件のことである。これらすべての条件を満足するとき所定の条件を満足した状態となり、バッテリ充電部３はバッテリ部１２への充電を開始する。

バッテリ充放電制御部１１は充電開始時、定電流充電が実行できるようバッテリ部１２に印加する電圧値を制御する。バッテリ部１２の電気容量が増加して印加電圧が所定の充電電圧値（例えば４．２Ｖ×直列セル数）に到達すると、バッテリ充放電制御部１１はその電圧を維持して定電圧充電に切り替える。定電圧充電状態での電流値が所定の電流値以下になると、バッテリ充放電制御部１１は充電完了と判断し、バッテリ充電部３にバッテリモジュール１０への送電を停止させる。この状態がバッテリモジュール１０、すなわちバッテリ部１２の満充電状態である。

続いて、バッテリ充放電制御システム１によるバッテリモジュール１０の放電制御に係る動作について、図４に示すフローに沿って、図１を用いて説明する。図４はバッテリ充放電制御システム１によるバッテリモジュール１０の放電制御に係る動作を示すフローチャートである。

電動車両や船舶などのアプリケーションにバッテリモジュール１０が搭載された状態において（図４のスタート）、バッテリ充放電制御部１１は負荷装置４の駆動が停止しているか否かを判定する（図４のステップ＃１０１）。負荷装置４が駆動している場合（ステップ＃１０１のＮｏ）、バッテリ充放電制御部１１は負荷装置４の駆動が停止するまでステップ＃１０１の判定を繰り返す。

負荷装置４の駆動が停止している場合（ステップ＃１０１のＹｅｓ）、バッテリ充放電制御部１１はタイマー部１６にリセットさせ、時間の計測を開始させる（ステップ＃１０２）。次に、バッテリ充放電制御部１１は負荷装置４の駆動が停止しているか否かを再度判定する（ステップ＃１０３）。負荷装置４の駆動が再開されている場合（ステップ＃１０３のＮｏ）、バッテリ充放電制御部１１はタイマー部１６に時間計測を停止させ（ステップ＃１１１）、再度負荷装置４の駆動が停止するまでステップ＃１０１の判定を繰り返す。

ステップ＃１０３において負荷装置４の駆動が停止している場合（ステップ＃１０３のＹｅｓ）、バッテリ充放電制御部１１はユーザにより保存スイッチ１７がＯＮの状態にされていないか否か判定する（ステップ＃１０４）。保存スイッチ１７がＯＮである場合（ステップ＃１０４のＹｅｓ）、バッテリ充放電制御部１１は直ちにバッテリ部１２の強制放電を開始する（ステップ＃１０６）。

保存スイッチ１７がＯＦＦである場合（ステップ＃１０４のＮｏ）、バッテリ充放電制御部１１はバッテリ部１２が満充電状態であるか否かを判定する（ステップ＃１０５）。バッテリ部１２が満充電状態でない場合（ステップ＃１０５のＮｏ）、バッテリ充放電制御部１１はこのままバッテリモジュール１０が保存可能な状態にあるとして放電制御にかかる動作フローを終了する（図４のエンド）。

バッテリ部１２が満充電状態である場合（ステップ＃１０５のＹｅｓ）、バッテリ充放電制御部１１は温度検出センサ１４からの温度情報に基づいてバッテリ部１２の温度を確認し、バッテリ温度が所定温度Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップ＃１０６）。所定温度Ｔ１は、例えば４０°Ｃといった温度に設定され、バッテリ充放電制御部１１の内部メモリやメモリ装置１８などに予め記憶されている。

ここで、満充電状態での長期間保存が特にバッテリ部１２の容量低下という劣化に繋がり易い条件はバッテリ部１２が高温状態であることが分かっている。さらに、高温状態でなければ、バッテリ部１２は満充電状態で長期間保存しても容量低下に大きな影響を与えないことも分かっている。

また、例えば電動車両では使用条件により２、３日放置されることがよくあり、その都度バッテリモジュール１０が放電されていることが問題となっている。これにより、バッテリモジュール１０に対して、容量低下に大きな影響を与えないのであれば不要な放電を抑制しながらできるだけ満充電の状態を維持することが望まれている。そこで、ステップ＃１０６において、バッテリ充放電制御部１１にバッテリ温度が所定温度Ｔ１以上であるか否かを判定させている。

バッテリ温度が所定温度Ｔ１以上ではない、すなわち比較的低温状態である場合（ステップ＃１０６のＮｏ）、バッテリ充放電制御部１１はタイマー部１６にリセットさせて時間計測をゼロに戻す（ステップ＃１１２）。次に、バッテリ充放電制御部１１はステップ＃１０３に戻り、バッテリ温度が所定温度Ｔ１以上になるまで＃１０３から＃１０６までのステップを繰り返す。バッテリ温度が所定温度Ｔ１以上ではないかぎりステップ＃１１２でタイマー部１６がリセットされるので、時間計測が進むことはない。

バッテリ温度が所定温度Ｔ１以上の高温状態になると（ステップ＃１０６のＹｅｓ）、時間の計測が進むので、バッテリ充放電制御部１１はステップ＃１０７において所定期間が経過したか否かを判定する。所定期間は、例えば２日といった期間が設定され、バッテリ充放電制御部１１の内部メモリやメモリ装置１８などに予め記憶されている。

ステップ＃１０７において所定期間が経過した場合（ステップ＃１０７のＹｅｓ）、バッテリ充放電制御部１１は放電部１５などを利用してバッテリ部１２の強制放電を開始する（ステップ＃１０８）。

ここで、バッテリ充電部３と、バッテリモジュール１０と、負荷装置４及び負荷装置駆動部５と、が繋がっている場合で、各々において放電が可能なとき、負荷装置４の駆動に最も影響を及ぼす虞が少ないバッテリ充電部３で放電を実行する。一方、バッテリ充電部３と、バッテリモジュール１０と、負荷装置４及び負荷装置駆動部５と、には、各々通常の動作制御に必要な温度検出センサを搭載していることがあるので、それらの温度情報を比較して最も低温な箇所で放電を行うことが望ましい。また、放電中に温度条件が変わった場合、その温度情報に応じて放電する箇所を切り替えることも可能である。

バッテリ部１２の強制放電が開始されると、バッテリ充放電制御部１１はバッテリ電圧が満充電状態ではない所定電圧Ｖ１以下まで低下したか否かを判定する（ステップ＃１０９）。バッテリ電圧が所定電圧Ｖ１以下まで低下していない場合（ステップ＃１０９のＮｏ）、バッテリ充放電制御部１１はバッテリ温度が温度Ｔ２以下であるか否かを判定する（ステップ＃１１３）。バッテリ温度がＴ２以下でない場合（ステップ＃１１３のＮｏ）、バッテリ充放電制御部１１はステップ＃１０９の電圧判定に戻って放電を継続する。放電を継続している間、ステップ＃１１３においてバッテリ温度の判定がなされる。

ここで、バッテリ温度Ｔ２もバッテリ部１２の高温状態を判定する温度である。しかしながら、バッテリ温度がＴ１に近いときに、温度検出センサ１４のセンサ値の読み取り誤差などによって強制放電のＯＮ、ＯＦＦが短時間で繰り返し切り替わらないようにするため、Ｔ１＞Ｔ２と設定している。

ステップ＃１１３においてバッテリ温度がＴ２以下になった場合（ステップ＃１１３のＹｅｓ）、バッテリ充放電制御部１１はバッテリ部１２の強制放電を停止させる（ステップ＃１１４）。そして、バッテリ充放電制御部１１はタイマー部１６にリセットさせて時間計測をゼロに戻し（ステップ＃１１５）、ステップ＃１０３に戻る。

一方、強制放電中にバッテリ電圧が所定電圧Ｖ１以下まで低下した場合（ステップ＃１０９のＹｅｓ）、バッテリ充放電制御部１１はバッテリ部１２の強制放電を停止させ（ステップ＃１１０）、このままバッテリモジュール１０が保存可能な状態にあるとして放電制御にかかる動作フローを終了する（図４のエンド）。

上記実施形態によれば、例えば２日間超過という長期間保存の条件に加えて、例えば４０°Ｃ以上という高温の条件を満足する場合にバッテリ部１２の満充電状態に対する放電が実行される。これにより、バッテリ部１２の容量低下という特性の劣化が生じる虞が少ないとされる低温時（４０°Ｃ未満）には放電を抑制することが可能である。したがって、高温時にはバッテリ部１２の容量低下という劣化を防止することができ、且つ低温時には不要な放電を抑制しながらできるだけ満充電の状態を維持することが可能なバッテリ充放電制御システム１を提供することができる。

さらに、バッテリモジュール１０においてバッテリ部１２と放電部１５とが一体として構成されるので、バッテリ部１２の劣化防止及び満充電状態の維持という効果に加えて、バッテリ充放電制御システム１の小型化を図ることができる。

続いて、メモリ装置１８に記憶された充放電履歴に基づく放電開始時間の決定について、図５を用いて説明する。図５はメモリ装置１８に記憶されるバッテリ放置時間に関連するパラメータ項目の一例を示す表である。

図５において、Ｐ１０は充電を行った回数（充電回数：値Ｎ）である。充電回数Ｐ１０の出荷時の値はＮ＝０である。充電を行うごとに充電回数Ｐ１０←Ｎ＋１とする。

Ｐ２０は前回の充電から負荷装置４の駆動による放電開始まで待機した時間（前回待機時間：値Ｔｐｒｅ０）である。Ｐ２１は前々回の充電から負荷装置４の駆動による放電開始まで待機した時間（前々回待機時間：値Ｔｐｒｅ１）であって、前回のＰ２０に相当する。Ｐ２Ｘは何回前までの待機時間を記憶しておくかにより、以下Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４と続く。

充電を終了してから負荷装置４の駆動による放電を開始するまでの時間をタイマー部１６によって計測し、その時間を前回待機時間Ｐ２０の値として記憶する。複数回前の待機時間を記憶する場合、前回待機時間Ｐ２０の更新前にＰ２Ｘ＋１←Ｔｐｒｅ（Ｘ）、前々回待機時間Ｐ２１←Ｔｐｒｅ０と更新しておく。

Ｐ３０は過去Ｎ回の充電から放電開始までの待機時間の平均値（平均待機時間：値Ｔａｖｅ）である。平均待機時間Ｐ３０の値は、Ｐ３０←Ｔａｖｅ×（Ｎ−１）＋Ｔｐｒｅ０の計算により更新する。その更新するタイミングは前回待機時間Ｐ２０の更新後に順次実行する。

Ｐ４０は過去Ｎ回の待機時間のうち最も長かった待機時間（最大待機時間：値Ｔｍａｘ）である。最大待機時間Ｐ４０の値は、Ｐ４０←Ｉｆ（Ｔｐｒｅ０＞Ｔｍａｘ）Ｔｈｅｎ（Ｔｍａｘ＝Ｔｐｒｅ０）の計算により更新する。すなわち、前回待機時間Ｐ２０の値が最大待機時間Ｐ４０の値より大きいとき前回待機時間Ｐ２０の値が最大待機時間Ｐ４０の値となる。

Ｐ５０は過去Ｎ回の待機時間のうち最も短かった待機時間（最小待機時間：値Ｔｍｉｎ）である。最小待機時間Ｐ５０の値は、Ｐ５０←Ｉｆ（Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ＜Ｔｐｒｅ０＜Ｔｍｉｎ）Ｔｈｅｎ（Ｔｍｉｎ＝Ｔｐｒｅ０）の計算により更新する。すなわち、前回待機時間Ｐ２０の値が最小待機時間Ｐ５０の値より小さいとき前回待機時間Ｐ２０の値が最小待機時間Ｐ５０の値となる。なお、Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆは後述する初期放電待機時間Ｐ６０の値であり、Ｔｐｒｅ０＜Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆの場合、Ｔｍｉｎ＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆとする。すなわち、前回待機時間Ｐ２０の値が初期放電待機時間Ｐ６０の値より小さいとき初期放電待機時間Ｐ６０の値が最小待機時間Ｐ５０の値となる。

Ｐ６０はバッテリ充放電制御システム１の出荷時に設定される満充電状態での待機がバッテリ部１２の劣化に繋がると判断される待機時間の初期値（初期放電待機時間：値Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ）である。初期放電待機時間Ｐ６０の値は出荷時に設定された値であり、途中更新する必要がない。したがって、初期放電待機時間Ｐ６０は便宜上パラメータ項目に入れているが、プログラム中の定数として使用していても特に問題は生じない。

Ｐ７０は上記各パラメータ値に基づいて更新した最新の待機時間（実行放電待機時間：値Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ）である。ここで、初期放電待機時間Ｐ６０の値Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆは１秒でも超過すれば急にバッテリ劣化が起きるというわけでもないので、負荷装置４の使い方に応じて多少のマージンを考慮することが可能である。初期放電待機時間Ｐ６０の値Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆに対してマージンを考慮した実行放電待機時間Ｐ７０の値Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅの計算方法について以下２例を示す。

第１例目は、負荷装置４の使い方により初期放電待機時間Ｐ６０の値Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆのマージンを例えば１０％とする。Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ＜Ｔａｖｅ＜Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ×１．１の場合、Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ＝Ｔａｖｅとして図４のフローチャートのステップ＃１０７における所定期間にこのＴｄｉｓ＿ｅｘｅを用いる。Ｔａｖｅ＜＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆであれば、Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆである。Ｔａｖｅ＞＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ×１．１であれば、Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ×１．１である。

第１例の計算をよりシンプルにするには前回待機時間Ｐ２０の値Ｔｐｒｅ０のみの履歴として記憶する。Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ＜Ｔｐｒｅ０＜Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ×１．１の場合、Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ＝Ｔｐｒｅ０として図４のフローチャートのステップ＃１０７における所定期間にこのＴｄｉｓ＿ｅｘｅを用いる。Ｔｐｒｅ０＜＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆであれば、Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ＝Ｔｐｒｅ０である。Ｔｐｒｅ０＞＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ×１．１であれば、Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ×１．１である。

第２例目は、負荷装置４の使い方により初期放電待機時間Ｐ６０の値Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆのマージンが可変であるとする。（Ｔｍａｘ×Ｔｍｉｎ）／Ｔａｖｅがマージンの例えば１０％より小さい場合、Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ＜Ｔａｖｅ＜Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ×（１＋（Ｔｍａｘ×Ｔｍｉｎ）／Ｔａｖｅ）であれば、Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ＝Ｔａｖｅとする。Ｔａｖｅ＜＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆであれば、Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆである。Ｔａｖｅ＞＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ×（１＋（Ｔｍａｘ×Ｔｍｉｎ）／Ｔａｖｅ）であれば、Ｔｄｉｓ＿ｅｘｅ＝Ｔｄｉｓ＿ｄｅｆ×（１＋（Ｔｍａｘ×Ｔｍｉｎ）／Ｔａｖｅ）である。

上記のように、保存スイッチ１７やメモリ装置１８を設けることにより所望の条件でバッテリ部１２の放電を実行させることができるので、バッテリ部１２の容量低下という特性の劣化を効果的に防止することができ、且つ一層効率よく満充電の状態を維持することが可能になる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るバッテリの充放電制御システムの詳細な構成について、図６を用いて説明する。図６はバッテリの充放電制御システムの構成を示すブロック図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、図１〜図４を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成について、図面の記載、及びその説明を省略するものとする。

第２の実施形態に係るバッテリ充放電制御システム１は、図６に示すように、バッテリ充電部としてのバッテリ充電器３０にバッテリモジュール１０を接続した形で構成されている。第１の実施形態と比較して、バッテリモジュール１０と、負荷装置及び負荷装置駆動部との接続を解除した状態になっている。すなわち、例えばバッテリモジュール１０を利用するアプリケーションが負荷装置及び負荷装置駆動部を搭載した電動車両や船舶である場合、バッテリモジュール１０を電動車両や船舶から取り外し、バッテリ充電器３０を用いて家庭内で充電する状態に相当する。

バッテリ充電器３０は、図６に示すように、充電器制御部３１、充電スイッチ部３２、電流センサ３３、放電スイッチ部３４、及び放電部３５を備えている。

充電器制御部３１は一般的なマイコンを備え、このマイコンの処理に基づいてバッテリ充電器３０を制御する。充電スイッチ部３２は電源装置２からバッテリモジュール１０への充電をＯＮ／ＯＦＦするスイッチであり、充電器制御部３１によって制御される。電流センサ３３はバッテリ充電器３０からバッテリモジュール１０への充放電電流を測定する。放電スイッチ部３４はバッテリモジュール１０の電力をバッテリ充電器３０で放電するときのスイッチであり、充電器制御部３１によって制御される。放電部３５は放電電力を消費してバッテリモジュール１０の電圧を下げるためのものである。

なお、充電に必要な電力に応じて電源装置２の発熱量が多く強制冷却が必要な場合、空冷ファン３６が搭載されることもある。この場合、放電部として空冷ファン３６を利用することも可能である。

図６の構成においてバッテリモジュール１０の充電を実行し、電動車両や船舶などのアプリケーションに搭載されることなくそのまま放置されると、前述のとおりバッテリ部１２の容量低下という特性の劣化が生じる虞がある。このため、バッテリ充放電制御システム１は以下に示すように動作する。

バッテリモジュール１０の満充電が完了して放置されると、バッテリ充放電制御部１１は放置の諸条件が成立したことを識別する。これにより、バッテリ充放電制御部１１はバッテリ充電器３０と通信を行い、充電器制御部３１を起動する。そして、バッテリ充放電制御部１１は充電スイッチ部３２がＯＦＦであることを確認し、充電器制御部３１に対して放電スイッチ部３４をＯＮにさせ、放電部３５を利用した放電を開始する。

バッテリ充放電制御部１１はバッテリ部１２のＳＯＣが放電によって放置可能状態まで低下したことを確認すると、充電器制御部３１に対して通信を行って放電停止の指令を送る。この指令を受けて、充電器制御部３１は放電スイッチ部３４をＯＦＦにして放電を停止する。なお、バッテリ部１２の放置可能状態とは、例えばバッテリ温度が３０°Ｃ以下のときＳＯＣ８０％、バッテリ温度が３０°Ｃ〜４０°ＣのときＳＯＣ６０％などといった状態が設定され、バッテリ充放電制御部１１の内部メモリやメモリ装置１８などに予め記憶されている。

また、バッテリモジュール１０側からの充電器制御部３１の起動は別途起動信号を設けて省電力スリープモードにある充電器制御部３１を起動しても良い。

上記実施形態のように、バッテリ充電器３０内部に放電部３５を設けることにより、放電に伴う発熱の影響がバッテリ部１２に及ぶのを回避できる。したがって、バッテリ部１２の性能を維持する効果を高めることが可能である。

次に、本発明の第３の実施形態に係るバッテリの充放電制御システムの詳細な構成について、図７〜図９を用いて説明する。図７はバッテリの充放電制御システムの構成を示すブロック図、図８は図７の充放電制御システムを搭載した電動車両を示す側面図、図９は図７及び図８のインバータ装置及びモータを示す概略構成図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、図１〜図４を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成について、図面の記載、及びその説明を省略するものとする。

第３の実施形態に係るバッテリ充放電制御システム１は、図７及び図８に示すように、負荷装置としてのモータ５０と、負荷装置駆動部としてのインバータ装置６０と、を備えた電動車両４０にバッテリモジュール１０が搭載された形で構成されている。第１の実施形態と比較して、バッテリ充電部は取り外された状態になっている。また、バッテリモジュール１０内部においても放電部が設けられていない。

電動車両４０は、図８に示すように、前輪４１、及び後輪４２を備えた自動二輪車である。電動車両４０はメインフレーム４３、及びスイングアーム４４が主たる骨組みとして構成されている。

メインフレーム４３は前端部が上方に向かって屈曲しており、その前端部で前輪４１及びハンドル４５を操舵可能に支持している。メインフレーム４３の後端側であって、電動車両４０の前後方向の略中央部には運転者が腰を掛けるシート４６と、バッテリ収容部４７とが備えられている。バッテリ収容部４７はシート４６の下方に設けられ、内部にバッテリモジュール１０を収容することができる。シート４６はバッテリ収容部４７の蓋の役目も果たし、バッテリ収容部４７に対して開閉可能にして取り付けられている。メインフレーム４３のシート４６の後方であって、後輪３の上方の箇所には荷物台４８が備えられている。

スイングアーム４４はメインフレーム４３後部の、シート４６及びバッテリ収容部４７の箇所の下方から後方に向かって延びている。後輪４２はスイングアーム４４の後端に支持されている。なお、スイングアーム４４は後輪４２の右側のみに設けられ、片持ち状態で後輪４２を支持している。また、後輪４２は駆動輪であり、スイングアーム４４との間にモータ５０を備えている。スイングアーム４４はその後端がモータ５０の前端部に設けられ、モータ５０を介して後輪４２を支持する支持部材である。モータ５０の右側の箇所から上方の荷物台４８に向かって、後輪４２のサスペンションユニット４９が延びている。

モータ５０は、３相式の交流モータであって、回転子であるロータ（図示せず）と、固定子であるステータ５１とを備えている（図９参照）。ロータには永久磁石が設けられ、ステータ５１にはＵ相、Ｖ相、及びＷ相のコイル５２Ｕ、５２Ｖ、及び５２Ｗが設けられている。コイル５２Ｕ、５２Ｖ、及び５２Ｗにおいて３相交流で電磁石を生成し、ロータの永久磁石を引き付けて駆動トルクを発生させている。なお、ロータを回転させるときにロータの回転方向の位置を検知するため、モータ５０にはホールＩＣ５３が設けられている。

また、電動車両４０はモータ５０の動作制御のため、インバータ装置６０を備えている。インバータ装置６０は、図９に示すように、制御部６１、メモリ装置６２、ドライブ回路６３、及びインバータ回路７０を備えている。インバータ装置６０は、図８に示すようにメインフレーム４３の底面部に取り付けられているが、バッテリ収容部４７の箇所に搭載することも可能である。

図９に示す制御部６１は一般的なマイコンによって構成され、このマイコン内部またはメモリ装置６２に記憶、入力されたプログラム、データに基づいて電動車両４０の走行に係る一連の動作を制御するプロセッサとして機能するものである。ドライブ回路６３は制御部６１からの制御指令に基づいてインバータ回路７０を制御する。

インバータ回路７０はＵ相用スイッチング回路７１、Ｖ相用スイッチング回路７２、及びＷ相用スイッチング回路７３を備えている。各スイッチング回路は直列接続された一対のスイッチング素子を備え、バッテリモジュール１０の正出力端子と負出力端子との間に直列接続されている。

Ｕ相用スイッチング回路７１は上アーム側（高電圧側）スイッチング素子７１Ｈと、下アーム側（低電圧側）スイッチング素子７１Ｌとで構成されている。Ｖ相用スイッチング回路７２は上アーム側（高電圧側）スイッチング素子７２Ｈと、下アーム側（低電圧側）スイッチング素子７２Ｌとで構成されている。Ｗ相用スイッチング回路７３は上アーム側（高電圧側）スイッチング素子７３Ｈと、下アーム側（低電圧側）スイッチング素子７３Ｌとで構成されている。なお、図９において、各スイッチング素子はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）として描画しているが、それらをＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などに置き換えることも可能である。

Ｕ相の直列接続された上アーム側スイッチング素子７１Ｈと下アーム側スイッチング素子７１Ｌとの間の接続点はモータ５０のコイル５２Ｕに接続されている。Ｖ相の直列接続された上アーム側スイッチング素子７２Ｈと下アーム側スイッチング素子７２Ｌとの間の接続点はモータ５０のコイル５２Ｖに接続されている。Ｗ相の直列接続された上アーム側スイッチング素子７３Ｈと下アーム側スイッチング素子７３Ｌとの間の接続点はモータ５０のコイル５２Ｗに接続されている。

そして、制御部６１及びドライブ回路６３によって各スイッチング素子のスイッチング動作が制御され、インバータ回路７０は各スイッチング素子の電流の導通、遮断を繰り返すことにより直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ５０に供給されることにより、モータ５０のＵ相、Ｖ相、及びＷ相の各コイル５２Ｕ、５２Ｖ、及び５２Ｗに電流が流れてロータが回転駆動される。

モータ５０の各コイル５２Ｕ、５２Ｖ、及び５２Ｗは巻き線抵抗を有しており、駆動のために電流を流すと抵抗損失（銅損）として電力が消費される。強制放電時にこの抵抗損失を利用して、バッテリ充放電制御システム１はバッテリモジュール１０の電力を消費する。例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により電流を制御しながらＵ相上アーム側スイッチング素子７１ＨとＷ相下アーム側スイッチング素子７３Ｌとを導通させることにより、インバータ回路７０と、モータ５０のＵ相及びＷ相の各コイル５２Ｕ及び５２Ｗと、に電流が流れて電力が消費される。

上記実施形態のように、モータ５０及びインバータ回路７０でバッテリ部１２を放電させることにより、放電に伴う発熱の影響がバッテリ部１２に及ぶのを回避できる。したがって、バッテリ部１２の性能を維持する効果を高めることが可能である。

また、このようなバッテリ充放電制御システム１を電動車両４０に搭載することにより、高温時にはバッテリ部１２の容量低下という劣化を防止することができ、且つ低温時には不要な放電を抑制しながらできるだけ満充電の状態を維持することが可能な電動車両４０を提供することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

例えば、本発明の第３の実施形態では、負荷装置としてのモータ５０と、負荷装置駆動部としてのインバータ装置６０と、を備えた電動車両４０にバッテリモジュール１０が搭載された形でバッテリ充放電制御システム１が構成されていることとしたが、本発明のバッテリ充放電制御システムの対象となるアプリケーションは電動車両に限定されるわけではなく、船舶などの他のアプリケーションであっても構わない。

本発明は、二次電池であるバッテリの充放電制御システム、及びその充放電制御方法において利用可能である。

１ バッテリ充放電制御システム
２ 電源装置
３ バッテリ充電部
４ 負荷装置
５ 負荷装置駆動部
１０ バッテリモジュール
１１ バッテリ充放電制御部
１２ バッテリ部
１４ 温度検出センサ
１５ 放電部
１６ タイマー部
１７ 保存スイッチ
１８ メモリ装置
３０ バッテリ充電器（バッテリ充電部）
３５ 放電部
４０ 電動車両
５０ モータ（負荷装置）
６０ インバータ装置（負荷装置駆動部）
７０ インバータ回路

Claims (8)

1. 二次電池であるバッテリ部と、
   前記バッテリ部の放電を実行する放電部と、
   前記バッテリ部の充放電に係る時間を計測するタイマー部と、
   前記バッテリ部の温度を検出する温度検出センサと、
   前記バッテリ部の充電状態を監視するとともに、前記タイマー部及び前記温度検出センサからの情報に基づき前記放電部を制御するバッテリ充放電制御部と、を備え、
   前記バッテリ充放電制御部は、前記バッテリ部が満充電の状態且つ所定温度以上の状態であるのが所定期間以上経過したとき、前記放電部に前記バッテリ部の放電を実行させることを特徴とするバッテリの充放電制御システム。
2. 前記バッテリ部の強制放電のＯＮ／ＯＦＦを切り替える保存スイッチを備え、
   前記バッテリ充放電制御部は、前記保存スイッチがＯＮであるのを識別したとき、前記バッテリ部の充電状態及び温度にかかわらず、前記放電部に前記バッテリ部の放電を実行させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充放電制御システム。
3. 前記バッテリ部を内部に収容するバッテリモジュールを備え、
   前記バッテリモジュールは、その内部に前記放電部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリの充放電制御システム。
4. 前記バッテリ部に対して充電を実行するバッテリ充電部を備え、
   前記バッテリ充電部は、その内部に前記放電部を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のバッテリの充放電制御システム。
5. 前記バッテリ部の電力供給先である負荷装置及びその負荷装置駆動部を備え、
   前記バッテリ充放電制御部は、前記負荷装置及び／または前記負荷装置駆動部に前記バッテリ部の電力を供給して前記バッテリ部を放電させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のバッテリの充放電制御システム。
6. 前記バッテリ部の充放電履歴を記憶するメモリ装置を備え、
   前記バッテリ充放電制御部は、前記メモリ装置に記憶された前記バッテリ部の充放電履歴に基づいて前記放電部を制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のバッテリの充放電制御システム。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のバッテリの充放電制御システムを搭載したことを特徴とする電動車両。
8. バッテリ部が満充電の状態且つ所定温度以上の状態であるのが所定期間以上経過したとき、前記バッテリ部を放電させることを特徴とするバッテリの充放電制御方法。

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