JP2013118753A - 充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、より適切な充電率でバッテリを保存でき、バッテリの容量劣化をより遅くすることができる充放電制御装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】制御手段１４は、判別部１４０によってバッテリ１３の種別が判別された場合に、該種別に対応する保存充電率１４２ａを記憶部１６から読取るとともに、接続手段１０に外部電源２が接続された場合に、充電率推定部１４１によって推定される充電率を記憶部１６から読取った保存充電率１４２ａに一致させるように、バッテリ１３の充放電を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの充放電を制御する充放電制御装置に関する。

一般に、例えばリチウムイオン二次電池等のバッテリを満充電に近い状態で放置すると、バッテリの容量が劣化することが知られている。下記の特許文献１では、バッテリが使用されない状態が続く場合に、バッテリの充電率を所定値（固定された１つの充電率）に一致させるように、バッテリの放電を行うことが提案されている。

特開平７−１３０３９７号公報

本発明者らは、複数の種別のバッテリについてバッテリの充電率と容量劣化との関係を調査したところ、バッテリの種別によっては、容量劣化の進行が遅くなる充電率が他の種別のバッテリと異なる場合があることを見出した。

上記のような従来の充放電制御装置では、バッテリの充電率を固定された１つの充電率に一致させるようにバッテリの放電を行うので、バッテリの種別によっては、容量劣化の進行が遅くなる充電率で保存できず、バッテリの容量劣化が速くなっている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、より適切な充電率でバッテリを保存でき、バッテリの容量劣化をより遅くすることができる充放電制御装置を提供することである。

本発明に係る充放電制御装置は、外部電源に接続される接続手段と、接続手段に接続されるとともに、バッテリが着脱されるバッテリ着脱手段と、バッテリ着脱手段に装着されたバッテリの種別を判別する判別部と、バッテリ着脱手段に装着されたバッテリの充電率を推定する充電率推定部と、バッテリの種別毎に保存充電率を記憶する記憶部とを有する制御手段とを備え、制御手段は、判別部によって種別が判別された場合に、該種別に対応する保存充電率を記憶部から読取るとともに、接続手段に外部電源が接続された場合に、充電率推定部によって推定される充電率を記憶部から読取った保存充電率に一致させるようにバッテリの充放電を行う。

また、本発明に係る充放電制御装置は、外部電源に接続される接続手段と、接続手段に接続されるとともに、バッテリが着脱されるバッテリ着脱手段と、バッテリに設けられ、該バッテリの種別に対応した保存充電率を格納する格納手段と、バッテリ着脱手段に装着されたバッテリの充電率を推定する充電率推定部を有する制御部手段とを備え、制御部手段は、バッテリ着脱手段にバッテリが装着された場合に、格納手段から保存充電率を読取るとともに、接続手段に外部電源が接続された場合に、充電率推定部によって推定される充電率を格納手段から読取った保存充電率に一致させるようにバッテリの充放電を行う。

本発明の充放電制御装置によれば、制御手段は、バッテリの充電率をバッテリの種別に対応した保存充電率に一致させるようにバッテリの充放電を行うので、より適切な充電率でバッテリを保存でき、バッテリの容量劣化をより遅くすることができる。

本発明の実施の形態１による充放電制御装置を示すブロック図である。 図１のバッテリ着脱手段にバッテリが装着された場合に充放電制御装置によって行われる保存充電率読取動作を示すフローチャートである。 図１の接続手段に外部電源が接続された場合に充放電制御装置によって行われる充放電制御動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による充放電制御装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３による充放電制御装置を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による充放電制御装置を示すブロック図である。図において、車両１は、外部電源２から電力供給を受けることができるように構成されたプラグインタイプの電気自動車又はハイブリッド自動車である。外部電源２は、家庭又は公共の場に設けられた充電スタンドであり、商用電力系統に連結されたものである。車両１には、接続手段１０、双方向充電器１１、バッテリ着脱手段１２、バッテリ１３、制御手段１４、及び入力手段１５が設けられている。

接続手段１０は、外部電源２が接続されるコネクタである。双方向充電器１１は、接続手段１０とバッテリ着脱手段１２との間に介在されたものであり、外部電源２からバッテリ１３への電力供給と、バッテリ１３から外部電源２への電力の逆潮流との双方を可能とするものである。

具体的には、双方向充電器１１には、ＡＣ／ＤＣ変換器１１ａと、ＤＣ／ＡＣ変換器１１ｂとが含まれている。ＡＣ／ＤＣ変換器１１ａは、外部電源２からの交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力をバッテリ１３の充電のためにバッテリ着脱手段１２に供給する。ＤＣ／ＡＣ変換器１１ｂは、バッテリ１３から放電された直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を外部電源２に逆潮流させる。

バッテリ着脱手段１２は、少なくとも１つのバッテリ１３が着脱される構造体である。具体的には図示しないが、バッテリ着脱手段１２には、バッテリ１３を受け入れる枠体（区画）と、バッテリ１３に接続される複数の端子とが設けられている。すなわち、本実施の形態では、バッテリ１３は交換され得るものである。交換されるバッテリ１３には、例えばＡ社製及びＢ社製等の複数の種別（タイプ）のものが含まれている。なお、バッテリ１３は、複数の電池セル（例えばリチウムイオン電池等）が直列及び／又は並列に接続された組電池により構成されている。バッテリ着脱手段１２に取付けられるバッテリ１３の数は任意であり、複数のバッテリ１３が用いられる場合には、個々のバッテリ１３を別々に交換できるように構成され得る。また、バッテリ交換は、バッテリ１３を構成する組電池単位でもすることができる。なお、複数のバッテリ１３が用いられる場合、それらの接続関係（直並列）は任意である。

制御手段１４は、所定のプログラムに基づいて動作するコンピュータにより構成されたものである。この制御手段１４には、判別部１４０と、充電率推定部１４１と、記憶部１４２とが含まれている。

判別部１４０は、バッテリ着脱手段１２に装着されたバッテリ１３の種別を判別する。判別部１４０による種別の判別は、例えば以下のように行われる。すなわち、バッテリ１３には、自己の種別を示す種別情報１３ａを格納する格納手段１３０が設けられている。バッテリ着脱手段１２及びバッテリ１３には、バッテリ１３がバッテリ着脱手段１２に装着された際に、そのバッテリ１３の格納手段１３０に格納された種別情報１３ａを制御手段１４に伝達するための情報端子（図示せず）が設けられている。判別部１４０は、情報端子を介してバッテリ１３から制御手段１４に伝達された種別情報１３ａに基づいて、バッテリ着脱手段１２に装着されたバッテリ１３の種別を判別する。

充電率推定部１４１は、バッテリ着脱手段１２に接続されたバッテリ１３の電圧値又は電流値を検出し、その電圧値又は電流値に基づいてバッテリ１３の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）を推定する。充電率とは、満充電に対する充電容量の割合である。

記憶部１４２は、例えばＡ社製のバッテリ１３は７５％、Ｂ社製のバッテリ１３は５０％等、バッテリ１３の種別毎に保存充電率１４２ａを記憶している。保存充電率１４２ａとは、容量劣化の進行が最も遅くなる充電率である。この保存充電率１４２ａは、バッテリ１３の種別毎に、バッテリ１３の充電率と容量劣化との関係を予め調査することにより得られる。

制御手段１４は、接続手段１０、双方向充電器１１、バッテリ着脱手段１２、及び入力手段１５に接続されている。制御手段１４は、判別部１４０によってバッテリ１３の種別が判別された場合に、この種別に対応する保存充電率１４２ａを記憶部１４２から読取る。

また、制御手段１４は、接続手段１０からの信号に基づいて、接続手段１０に外部電源２が接続されたことを検出する。さらに、制御手段１４は、接続手段１０に外部電源２が接続された場合に、充電率推定部１４１によって推定される充電率を、記憶部１６から読取った保存充電率１４２ａに一致させるように、双方向充電器１１を介してバッテリ１３の充放電を行う。

さらに、制御手段１４は、推定された充電率を保存充電率１４２ａに一致させる際に充電率が保存充電率１４２ａよりも高い場合、バッテリ１３の放電を行うとともに、ＤＣ／ＡＣ変換器１１ｂを介して、放電された電力を外部電源２に逆潮流させる。

入力手段１５は、利用者によって操作される例えばタッチパネル等の操作部であり、例えば午前８時３０分等、利用者が車両１の使用を開始する使用開始時刻１５ａを入力するためのものである。

制御手段１４は、推定された充電率を保存充電率１４２ａに一致させた後に現在時刻を監視して、現在時刻が使用開始時刻１５ａとなる際にバッテリ１３が満充電状態となるように、バッテリ１３の充電を行う。現在時刻は、制御手段１４に内蔵されたタイマからの信号により得られる。

また、制御手段１４は、保存充電率１４２ａに基づいて充電所要時間を算出し、該充電所要時間に基づいてバッテリ１３の充電を開始する充電開始時刻を得る。より具体的に説明すると、記憶部１４２又はバッテリ１３の格納手段１３０には、バッテリ１３の種別毎に単位充電率当りの充電所要時間（図示せず）が格納されている。単位充電率当りの充電所要時間とは、例えば充電率を１％向上させるために必要とされる時間等である。制御手段１４は、この単位充電率当りの充電所要時間と保存充電率１４２ａとに基づいて、満充電にするための充電所要時間を得る。充電開始時刻は、使用開始時刻１５ａの充電所要時間前の時刻である。

次に、図１の充放電制御装置の動作について説明する。図２は、図１のバッテリ着脱手段１２にバッテリ１３が装着された場合に充放電制御装置によって行われる保存充電率読取動作を示すフローチャートである。図において、バッテリ着脱手段１２にバッテリ１３が装着されると、バッテリ着脱手段１２及びバッテリ１３に設けられた情報端子を介して、バッテリ１３から制御手段１４に種別情報１３ａが伝達される。このとき、バッテリ着脱手段１２に装着されたバッテリ１３の種別が判別部１４０によって判別される（ステップＳ１０）。

バッテリ着脱手段１２に装着されたバッテリ１３の種別が判別部１４０によって判別されると、判別部１４０によって判別された種別に対応する保存充電率１４２ａが制御手段１４によって記憶部１４２から読取られ（ステップＳ１１）、読取られた保存充電率１４２ａが制御手段１４に保持される。

次に、図３は、図１の接続手段１０に外部電源２が接続された場合に充放電制御装置によって行われる充放電制御動作を示すフローチャートである。図において、接続手段１０からの信号に基づいて、接続手段１０に外部電源２が接続されたことが制御手段１４によって検出されると、バッテリ着脱手段１２に接続されたバッテリ１３の電圧値又は電流値が充電率推定部１４１によって検出されるとともに、当該電圧値又は電流値に基づいてバッテリ１３の充電率が充電率推定部１４１によって推定される（ステップＳ２０）。

その次に、充電率推定部１４１によって推定された充電率が、記憶部１４２から読取られた保存充電率１４２ａよりも高いか否かが制御手段１４によって判定され（ステップＳ２１）、充電率が保存充電率１４２ａよりも低いと判定された場合には、双方向充電器１１の動作が制御されることにより、充電率が保存充電率１４２ａと一致するようにバッテリ１３の充電が行われる（ステップＳ２２）。

一方で、推定された充電率が保存充電率１４２ａよりも高いと判定された場合には、制御手段１４によって双方向充電器１１の動作が制御されることにより、充電率が保存充電率１４２ａと一致するようにバッテリ１３の放電が行われる（ステップＳ２３）。このとき、バッテリ１３から放電された電力は、双方向充電器１１のＤＣ／ＡＣ変換器１１ｂを介して外部電源２に逆潮流される。

充電率推定部１４１によって推定された充電率が保存充電率１４２ａと一致されると（ステップＳ２４）、入力手段１５を介して利用者によって入力された使用開始時刻１５ａが制御手段１４によって確認される（ステップＳ２５）。このとき、保存充電率１４２ａに基づいて充電所要時間が算出されるとともに（ステップＳ２６）、これら使用開始時刻と充電所要時間とに基づいて充電開始時刻が算出される（ステップＳ２７）。

その次に、制御手段１４によって現在時刻が監視され、現在時刻が充電開始時刻と一致するか否かが判定される（ステップＳ２８）。このとき、現在時刻が充電開始時刻と一致したと判定されると、現在時刻が使用開始時刻となる際にバッテリ１３が満充電状態となるように、バッテリ１３の充電が開始される（ステップＳ２９）。そして、バッテリ１３が満充電状態にされると、この充放電制御動作が終了される。

このような充放電制御装置では、制御手段１４は、判別部１４０によって種別が判別された場合に、該種別に対応する保存充電率１４２ａを記憶部１４２から読取るとともに、接続手段１０に外部電源２が接続された場合に、充電率推定部１４１によって推定される充電率を記憶部１４２から読取った保存充電率１４２ａに一致させるようにバッテリ１３の充放電を行うので、バッテリ１３の種別毎に保存充電率１４２ａを変更できる。これにより、より適切な充電率でバッテリを保存でき、バッテリ１３の容量劣化をより遅くすることができる。

また、制御手段１４は、推定される充電率を保存充電率１４２ａに一致させた後に現在時刻を監視して、現在時刻が使用開始時刻となる際にバッテリ１３が満充電状態となるように、バッテリの充電を行うので、利用者が車両１を使用するときにはバッテリ１３を満充電状態とすることができ、利用者の利便性が損なわれることを回避できる。すなわち、バッテリ１３の長寿命化と利用者の利便性との両立を図ることができる。

さらに、制御手段１４は、保存充電率１４２ａに基づいて充電所要時間を算出し、該充電所要時間に基づいてバッテリ１３の充電を開始する充電開始時刻を算出するので、バッテリ１３の種別毎に適切な充電所要時間及び充電開始時刻を算出でき、利用者が車両１を使用するときにより確実にバッテリ１３を満充電状態とすることができる。

さらにまた、制御手段１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１１ｂを介して、放電された電力を外部電源２に逆潮流させるので、バッテリ１３から放電された電力を浪費することを回避できる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による充放電制御装置を示すブロック図である。図において、接続手段１０とバッテリ着脱手段１２との間には、ＡＣ／ＤＣ変換器１１ａとスイッチング回路２０とが介在されている。スイッチング回路２０には、抵抗器２１が接続されている。スイッチング回路２０は、制御手段１４の制御に応じて、バッテリ１３をＡＣ／ＤＣ変換器１１ａに接続するか、又は抵抗器２１に接続するかを切替える回路である。

制御手段１４は、充電率推定部１４１によって推定された充電率を保存充電率１４２ａに一致させる際に充電率が保存充電率１４２ａよりも高い場合、スイッチング回路２０を制御してバッテリ１３を抵抗器２１に接続した上で、バッテリ１３の放電を行う。すなわち、本実施の形態では、バッテリ１３から放電された電力は、抵抗器２１で消費される。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような充放電制御装置では、制御手段１４は、充電率が保存充電率１４２ａよりも高い場合、バッテリ１３の放電を行うとともに、放電した電力を抵抗器２１により消費させるので、実施の形態１の構成のように放電された電力を外部電源２に逆潮流させる場合に比べて、ＤＣ／ＡＣ変換器１１ｂを省略でき、部品コストを低減できる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３による充放電制御装置を示すブロック図である。図に示すように、本実施の形態３では、実施の形態１と比較して、記憶部１４２及び判別部１４０が省略されている。バッテリ１３の格納手段１３０には、このバッテリ１３の種別に対応した保存充電率１３ｂが格納されている。すなわち、バッテリ１３は、自身の種別に対応した保存充電率１３ｂを保有している。保存充電率１３ｂは、バッテリ１３がバッテリ着脱手段１２に装着された場合に、バッテリ着脱手段１２を介して制御手段１４に読取られる。制御手段１４は、バッテリ１３の格納手段１３０から読取った保存充電率１３ｂに基づいて、実施の形態１と同様の充放電制御動作（図３参照）を行う。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、バッテリ１３の格納手段１３０にバッテリ１３の種別に対応した保存充電率１３ｂを格納させても、実施の形態１と同様の充放電制御動作を実施できる。従って、実施の形態１の構成と同様に、より適切な充電率でバッテリ１３を保存でき、バッテリ１３の容量劣化をより遅くすることができる充放電制御装置を提供することである。

なお、実施の形態３の説明に用いた図５では、バッテリ着脱手段１２と接続手段１０との間に双方向充電器１１を介在させるように図示しているが、バッテリ１３に保存充電率１３ｂを保有させる場合でも、実施の形態２の構成を採用できる。すなわち、バッテリ１３に保存充電率１３ｂを保有させる場合に、バッテリ１３からの電力を抵抗器２１で消費させてもよい。

２ 外部電源、１０ 接続手段、１１ｂ ＤＣ／ＡＣ変換器、１２ バッテリ着脱手段、１３ バッテリ、１３０ 格納手段、１３ａ 種別情報、１３ｂ 保存充電率、１４ 制御手段、１４０ 判別部、１４１ 充電率推定部、１４２ 記憶部、１４２ａ 保存充電率、１５ 入力手段、１５ａ 使用開始時刻、１６ 記憶部、２１ 抵抗器。

本発明に係る充放電制御装置は、車両に設けられ、外部電源に接続される接続手段と、車両に設けられ、接続手段に接続されるとともに、バッテリが着脱されるバッテリ着脱手段と、バッテリ着脱手段に装着されたバッテリの種別を判別する判別部と、バッテリ着脱手段に装着されたバッテリの充電率を推定する充電率推定部と、バッテリの種別毎に保存充電率を記憶する記憶部とを有し、車両に設けられた制御手段とを備え、バッテリには、該バッテリの種別を示す種別情報を格納する格納手段が設けられており、判別部は、格納手段に格納された種別情報に基づいてバッテリの種別を判別し、制御手段は、判別部によって種別が判別された場合に、該種別に対応する保存充電率を記憶部から読取るとともに、接続手段に外部電源が接続された場合に、充電率推定部によって推定される充電率を記憶部から読取った保存充電率に一致させるようにバッテリの充放電を行う。

また、本発明に係る充放電制御装置は、車両に設けられ、外部電源に接続される接続手段と、車両に設けられ、接続手段に接続されるとともに、バッテリが着脱されるバッテリ着脱手段と、バッテリに設けられ、該バッテリの種別に対応した保存充電率を格納する格納手段と、バッテリ着脱手段に装着されたバッテリの充電率を推定する充電率推定部を有し、車両に設けられた制御手段とを備え、制御手段は、バッテリ着脱手段にバッテリが装着された場合に、格納手段から保存充電率を読取るとともに、接続手段に外部電源が接続された場合に、充電率推定部によって推定される充電率を格納手段から読取った保存充電率に一致させるようにバッテリの充放電を行う。

また、制御手段１４は、接続手段１０からの信号に基づいて、接続手段１０に外部電源２が接続されたことを検出する。さらに、制御手段１４は、接続手段１０に外部電源２が接続された場合に、充電率推定部１４１によって推定される充電率を、記憶部１４２から読取った保存充電率１４２ａに一致させるように、双方向充電器１１を介してバッテリ１３の充放電を行う。

Claims (6)

1. 外部電源に接続される接続手段と、
   前記接続手段に接続されるとともに、バッテリが着脱されるバッテリ着脱手段と、
   前記バッテリ着脱手段に装着された前記バッテリの種別を判別する判別部と、前記バッテリ着脱手段に装着された前記バッテリの充電率を推定する充電率推定部と、前記バッテリの種別毎に保存充電率を記憶する記憶部とを有する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記判別部によって前記種別が判別された場合に、該種別に対応する前記保存充電率を前記記憶部から読取るとともに、前記接続手段に前記外部電源が接続された場合に、前記充電率推定部によって推定される前記充電率を前記記憶部から読取った前記保存充電率に一致させるように前記バッテリの充放電を行う
   ことを特徴とする充放電制御装置。
2. 外部電源に接続される接続手段と、
   前記接続手段に接続されるとともに、バッテリが着脱されるバッテリ着脱手段と、
   前記バッテリに設けられ、該バッテリの種別に対応した保存充電率を格納する格納手段と、
   前記バッテリ着脱手段に装着された前記バッテリの充電率を推定する充電率推定部を有する制御部手段と
   を備え、
   前記制御部手段は、前記バッテリ着脱手段に前記バッテリが装着された場合に、前記格納手段から前記保存充電率を読取るとともに、前記接続手段に前記外部電源が接続された場合に、前記充電率推定部によって推定される前記充電率を前記格納手段から読取った前記保存充電率に一致させるように前記バッテリの充放電を行う
   ことを特徴とする充放電制御装置。
3. 利用者が使用開始時刻を入力する入力手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記充電率を前記保存充電率に一致させた後に現在時刻を監視して、前記現在時刻が前記使用開始時刻となる際に前記バッテリが満充電状態となるように、前記バッテリの充電を行う
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の充放電制御装置。
4. 前記制御手段は、前記保存充電率に基づいて充電所要時間を算出し、該充電所要時間に基づいて前記バッテリの充電を開始する充電開始時刻を算出することを特徴とする請求項３記載の充放電制御装置。
5. 前記接続手段と前記バッテリ着脱手段との間に介在されたＤＣ／ＡＣ変換器をさらに備え、
   前記制御手段は、前記充電率を前記保存充電率に一致させる際に前記充電率が前記保存充電率よりも高い場合、前記バッテリの放電を行うとともに、前記ＤＣ／ＡＣ変換器を介して、放電された電力を前記外部電源に逆潮流させることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の充放電制御装置。
6. 前記制御手段は、前記充電率を前記保存充電率に一致させる際に前記充電率が前記保存充電率よりも高い場合、前記バッテリの放電を行うとともに、放電した電力を抵抗器により消費させることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の充放電制御装置。

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