JP2013172563A

JP2013172563A - 二次電池充放電システム、充電器及び充電制御方法

Info

Publication number: JP2013172563A
Application number: JP2012035325A
Authority: JP
Inventors: Susumu Nishida; 進西田; Yusuke Yamashita; 祐介山下; Fujio Sudo; 富士雄須藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】用途に応じた二次電池の充電制御を実現する二次電池充放電システムを提供する。
【解決手段】複数の負荷に発電器１０からの電力を供給する二次電池充放電システムにおいて、監視回路３２ａ〜３２ｃは、複数の二次電池３１ａ〜３１ｃそれぞれの充電状態を監視して監視情報を通知する。充電回路２１は、複数の二次電池３１ａ〜３１ｃのうち選択された二次電池に対して充電電流を供給すると共にその動作状態を通知する。昇降圧回路２４は、二次電池３１ａ〜３１ｃ間での電圧の昇降圧を行う。充電制御回路２２は、監視回路３２ａ〜３２ｃから通知される監視情報、充電回路２１から通知される動作状態及び外部から送信される二次電池３１ａ〜３１ｃの充電優先度情報に基づいて二次電池３１ａ〜３１ｃの選択制御を行うと共に充電回路２１の充電動作を制御し、昇降圧回路２４の動作を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、二次電池の充放電を行う二次電池充放電システム、充電器及び充電制御方法に関する。

複数の二次電池及び１つの充電器を有する電池システムが存在する。例えば、ハイブリットカー用の電池システムでは、走行用モータを駆動するための二次電池モジュールと電飾品用の二次電池モジュールのように、決められた用途に応じて２つの二次電池モジュールが使用されている。この電池システムでは、二次電池モジュールの通常の充放電経路以外に、二次電池モジュール間での電力授受を行う構成となっているものがある。また、二次電池の充電制御方式には定電流・定電圧充電制御方式が用いられる。

また、近年はスマートグリッドの電力網に複数の二次電池を用いたシステムの実用化実験等が進められている。このため、様々な用途に応じた電池システム及び充電制御方法が必要となってきている。

特開２００３−９２８０５号公報

以上のように、従来の複数の二次電池及び１つの充電器を有する電池システムでは、スマートグリッドの電力網に複数の二次電池を用いたシステム等、様々な用途に応じた電池システム及び充電制御方法が必要となってきている。

そこで、本実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたもので、運用面や電池情報を考慮した、二次電池の充電制御を実現する二次電池充放電システム、このシステムに用いる充電器及び充電制御方法を提供することを目的とする。

本実施形態によれば、二次電池充放電システムは、複数の負荷に発電器からの電力を供給する二次電池充放電システムにおいて、監視手段、充電手段、昇降圧手段及び充電制御手段を具備する。監視手段は、複数の二次電池それぞれの充電状態を監視して監視情報を通知する。充電手段は、前記発電器からの電力を受けて前記複数の二次電池のうち選択された二次電池に対して充電電流を供給すると共にその動作状態を通知する。昇降圧手段は、前記二次電池間での電圧の昇降圧を行う。充電制御手段は、前記監視手段から通知される監視情報、前記充電手段から通知される動作状態及び外部から送信される二次電池の充電優先度情報に基づいて前記二次電池の選択制御を行うと共に前記充電手段の充電動作を制御し、前記昇降圧手段の動作を制御する。前記充電制御手段は、受信手段及び記憶手段を具備する。受信手段は、前記外部から送信される二次電池の充電優先度情報を受信する。記憶手段は、前記監視情報及び充電状態に基づく充電の優先度情報、または前記受信手段で受信する外部から送信される二次電池の充電優先度情報を記憶する。

本実施形態に係る二次電池充放電システムの構成を示すブロック図である。図１に示す二次電池充放電システムによる二次電池充電の流れを示すフローチャートである。図２に示す本充電シーケンスの流れを示すフローチャートである。図２に示す補充電シーケンスの流れを示すフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る二次電池充放電システムの構成を示すブロック図である。図１に示す二次電池充放電システムは、発電器１０で生み出された電力を、充電器２０に供給し、この充電器２０によって複数の二次電池モジュール３０ａ〜３０ｃを充電し、これらの二次電池モジュール３０ａ〜３０ｃから複数の負荷４０ａ〜４０ｃへ電力を供給する構成となっている。

図１に示す二次電池充放電システムにおいて、
二次電池モジュール３０ａ〜３０ｃは、複数の二次電池３１ａ〜３１ｃと、複数の二次電池３１ａ〜３１ｃそれぞれの充電状態を監視して監視情報を充電器２０内の充電制御回路２２に通知する監視回路３２ａ〜３２ｃとを備える。

充電器２０は、二次電池３１に充電電流を供給する充電回路２１と、充電器２０各部の制御を行う充電制御回路２２と、充電経路を切り替えるスイッチ２３と、二次電池３１ａ〜３１ｃ間での電圧の昇降圧を行う昇降圧回路２４とを備える。

充電回路２１は、充電制御回路２２に充電回路の動作状態を通知する機能を有する。

充電制御回路２２は、外部から送信される二次電池の充電優先度情報を受信する受信回路２２１と、監視回路３２から送信される監視情報及び監視状態から自身で判断した二次電池の充電優先度情報、または受信回路２２１で受信する外部から送信される二次電池の充電優先度情報を記憶する記憶回路２２２とを備える。外部から送信される二次電池の充電優先度情報には、ユーザが指定した負荷４０ａ〜４０ｃに用いる二次電池３１ａ〜３１ｃを優先的に充電する優先度情報と、スマートグリッドの電力網等システムの運用上、優先的に使用したい負荷４０ａ〜４０ｃに用いる二次電池３１ａ〜３１ｃを優先的に充電する優先度情報等がある。例えば、後者は二次電池のリユースの観点から劣化の進んでいない二次電池を優先的に使用したい場合などに該当する。

また、充電制御回路２２は、上記監視回路３２ａ〜３２ｃから通知される監視情報、充電回路２１から通知される動作状態及び外部から送信される二次電池の充電優先度情報に基づいて充電回路２１の充電動作を制御したり、昇降圧回路２４の電圧昇降動作を制御する。上記監視回路３２ａ〜３２ｃより通知される監視情報には、二次電池３１ａ〜３１ｃの電圧及びＳＯＣ（充電率：State of Charge）推定値情報、電池劣化情報等がある。

すなわち、上記二次電池充放電システムは、充電回路２１を用いた充電だけでなく、充電中の二次電池以外の二次電池間での電力授受により任意の二次電池の充電を行える構成となっている。また、充電中の二次電池から他の二次電池への電力授受により任意の二次電池の充電を行える構成となっている。なお、上記充電回路２１から二次電池３１ａ〜３１ｃへの充電のことを本充電、二次電池間で充電を必要とする二次電池３１ａ〜３１ｃがある場合に行う二次電池３１ａ〜３１ｃ間での充電のことを補充電という。

次に、二次電池充放電システムによる二次電池３１ａ〜３１ｃ充電の流れについて、図２〜４を参照して説明する。

図２は、図１に示す二次電池充放電システムによる二次電池３１ａ〜３１ｃ充電の流れを示すフローチャートである。

まず、充電する二次電池３１ａ〜３１ｃの優先度を決定する（ステップＳ１）。優先度の判断方法には、例として次のものが挙げられる。

方法１．ＳＯＣ優先：二次電池３１ａ〜３１ｃの監視情報に基づいてＳＯＣが低いものを優先的に本充電し、次にＳＯＣが低いものを補充電する。

方法２．使用優先：ユーザが指定した負荷４０ａ〜４０ｃまたはシステムの運用上、優先的に使用したい負荷４０ａ〜４０ｃ等に用いる二次電池３１ａ〜３１ｃを優先的に本充電し、次に使用したいものを補充電する。

上記以外にも二次電池３１ａ〜３１ｃの劣化度情報の比較判定を行い、劣化度の低いと判定された二次電池に対して優先的に本充電、または補充電を行う場合等もある。

優先度はユーザが選択して、どちらかを上記記憶回路２２２に記憶しておく。充電の優先度を決定して、次に全ての二次電池３１ａ〜３１ｃの監視情報を受信する（ステップＳ２）。監視情報から本充電が必要な二次電池３１ａ〜３１ｃがあるかを判断する（ステップＳ３）。本充電が必要な二次電池３１ａ〜３１ｃがある場合、二次電池３１ａ〜３１ｃの本充電シーケンスを実行する（ステップＳ４）。さらに、補充電が必要な二次電池があるかを判断する（ステップＳ５）。補充電が必要な二次電池３１ａ〜３１ｃがある場合、二次電池３１ａ〜３１ｃの補充電シーケンスを実行する（ステップＳ６）。本充電が必要な二次電池３１ａ〜３１ｃがなければ、電池システムを終了または待機させる。

次に、図２に示す本充電シーケンス（ステップＳ４）、補充電シーケンス（ステップＳ６）での二次電池３１ａ〜３１ｃ充電の流れについて、図３、４を用いて説明する。

図３は、図２に示す本充電シーケンスの流れを示すフローチャートである。ここでは、本充電が必要な二次電池３１ａ〜３１ｃを二次電池（Ａ）３１ａと表記する。

まず、二次電池（Ａ）３１ａのＣＣ充電（定電流充電：Constant Current Charge）を開始する。（ステップＳ４１）。二次電池（Ａ）３１ａのＣＣ充電終了後、ＣＶ充電（定電圧充電：Constant Voltage Charge）モードに移行する（ステップＳ４２、Ｓ４３）。このとき、補充電を行いＳＯＣが低下した二次電池がある場合、その二次電池３１の監視情報を受信する。二次電池（Ａ）３１ａのＣＣ充電が終了後、上記で補充電を行いＳＯＣが低下した二次電池の本充電を開始して（ステップＳ４４、Ｓ４５）、二次電池（Ａ）３１ａの本充電シーケンスを終了する。他の二次電池３１ｂ〜３１ｃの場合でも同様の処理をする。

次に図４は、図２に示す補充電シーケンスの流れを示すフローチャートである。ここでは、補充電が必要な二次電池３１ａ〜３１ｃを二次電池（Ｂ）３１ｂと表記する。

まず、二次電池（Ｂ）３１ｂ以外で放電可能な二次電池が存在するかを判断する（ステップＳ６１）。このとき、放電可能な二次電池の条件は、次の通りである。

条件１．補充電を行う二次電池同士の電圧が同じ、かつ充電する二次電池の残量が充電される二次電池（Ｂ）３１ｂの残量より多い場合。

条件２．補充電を行う二次電池同士の電圧が異なる、かつ充電する二次電池の残量が充電される二次電池（Ｂ）３１ｂの残量より多い場合。

この処理では、条件１の場合の二次電池を優先的に使用して補充電を行う。また、条件２の場合、充電制御回路２２で昇降圧回路２４を制御して電圧の昇降を行い、補充電を行う。さらに、二次電池の残量が充電される二次電池（Ｂ）３１ｂの残量より少ない場合、補充電を行わない。放電可能な二次電池があれば、二次電池（Ｂ）３１ｂの補充電を開始する（ステップＳ６２）。このとき、本充電中の二次電池（図３では、二次電池（Ａ）３１ａのこと）の充電情報を受信する（ステップＳ６３）。充電情報により、ＣＣ充電がＣＶ充電に移行していたら、補充電を終了し、二次電池（Ｂ）３１ｂを本充電に移行可能とする（ステップＳ６４、Ｓ６５）。そして、二次電池（Ｂ）３１ｂの補充電シーケンスを終了する。次回の処理で、二次電池（Ｂ）３１ｂは本充電対象となる。

以上により、１つの充電器２０であっても充電器２０出力をスイッチ２３により選択することで、常に優先度の高い二次電池３１ａ〜３１ｃに対して充電を行うことができる。また、充電中の二次電池の充電完了前に、他の二次電池の充電状態を把握し、本充電もしくは必要に応じて補充電を行うことで、運用面や電池情報を考慮した、二次電池３１ａ〜３１ｃの充電制御を行う二次電池充放電システムを実現することができる。また、エネルギー効率や時間効率の良い充電制御を実現することも期待できる。

なお、今回は３つの二次電池モジュール３０ａ〜３０ｃを有する二次電池充放電システムの構成例を示したが、２つ、もしくは４つ以上の二次電池モジュール３０を有する二次電池充放電システムにも適用可能である。

以上、実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…発電器、２０…充電器、２１…充電回路、２２…充電制御回路、２２１…受信回路、２２２…記憶回路、２３…スイッチ、２４…昇降圧回路、３０ａ〜３０ｃ…二次電池モジュール、３１ａ〜３１ｃ…二次電池、３２ａ〜３２ｃ…監視回路、４０ａ〜４０ｃ…負荷。

Claims

複数の負荷に発電器からの電力を供給する二次電池充放電システムにおいて、
複数の二次電池それぞれの充電状態を監視して監視情報を通知する監視手段と、
前記発電器からの電力を受けて前記複数の二次電池のうち選択された二次電池に対して充電電流を供給すると共にその動作状態を通知する充電手段と、
前記二次電池間での電圧の昇降圧を行う昇降圧手段と、
前記監視手段から通知される監視情報、前記充電手段から通知される動作状態及び外部から送信される二次電池の充電優先度情報に基づいて前記二次電池の選択制御を行うと共に前記充電手段の充電動作を制御し、前記昇降圧手段の動作を制御する充電制御手段と
を具備し、
前記充電制御手段は、
前記外部から送信される二次電池の充電優先度情報を受信する受信手段と、
前記監視情報及び充電状態に基づく充電の優先度情報、または前記受信手段で受信する外部から送信される二次電池の充電優先度情報を記憶する記憶手段と
を具備することを特徴とする二次電池充放電システム。
前記充電手段から二次電池への充電、もしくは二次電池間での充電を行う場合、前記監視情報乃至前記外部から送信される二次電池の充電優先度情報により充電の優先度を判断し、優先度の高いものから順に前記充電手段から二次電池への充電、前記二次電池間での充電を行うことを特徴とする請求項１記載の二次電池充放電システム。
前記二次電池間での充電を行う場合、
充電と放電を行う二次電池同士の電圧が同じか異なるかにより使用する二次電池の優先度を判断し、かつ充電する二次電池の残量が充電される二次電池の残量より多いか判断し、
二次電池同士の電圧が同じで残量が多い場合、この二次電池を優先的に使用して充電を行い、
二次電池同士の電圧が異なり残量が多い場合、前記昇降圧手段により電圧の昇降を行い、その後二次電池間で充電を行い、
残量が少ない場合、充電を行わないこと、
を特徴とする請求項１記載の二次電池充放電システム。
複数の負荷に発電器からの電力を供給する二次電池充放電システムに用いられ、
前記発電器からの電力を受けて複数の二次電池のうち選択された二次電池に対して充電電流を供給すると共にその動作状態を通知する充電手段と、
前記二次電池間での電圧の昇降圧を行う昇降圧手段と、
前記監視手段から通知される監視情報、前記充電手段から通知される動作状態及び外部から送信される二次電池の充電優先度情報に基づいて前記二次電池の選択制御を行うと共に前記充電手段の充電動作を制御し、前記昇降圧手段の動作を制御する充電制御手段と
を具備し、
前記充電制御手段は、
前記外部から送信される二次電池の充電優先度情報を受信する受信手段と、
前記監視情報及び充電状態に基づく充電の優先度情報、または前記受信手段が受信する外部から送信される二次電池の充電優先度情報を記憶する記憶手段と
を具備することを特徴とする充電器。
前記充電手段から二次電池への充電、もしくは二次電池間での充電を行う場合、前記監視情報乃至前記外部から送信される二次電池の充電優先度情報により充電の優先度を判断し、優先度の高いものから順に前記充電手段から二次電池への充電、前記二次電池間での充電を行うことを特徴とする請求項４記載の充電器。
前記二次電池間での充電を行う場合、
充電と放電を行う二次電池同士の電圧が同じか異なるかにより使用する二次電池の優先度を判断し、かつ充電する二次電池の残量が充電される二次電池の残量より多いか判断し、
二次電池同士の電圧が同じで残量が多い場合、この二次電池を優先的に使用して充電を行い、
二次電池同士の電圧が異なり残量が多い場合、前記昇降圧手段により電圧の昇降を行い、その後二次電池間で充電を行い、
残量が少ない場合、充電を行わないこと、
を特徴とする請求項４記載の充電器。
充電の優先度を判断し、
全ての二次電池それぞれの充電状態を監視した監視情報を受信し、
本充電が必要な二次電池があるかを判断し、
本充電が必要な二次電池がある場合、本充電シーケンスを実行し、
補充電が必要な二次電池があるかを判断し、
補充電が必要な二次電池がある場合、補充電シーケンスを実行し、
本充電が必要な二次電池がない場合、充電を終了する充電制御方法であって、
前記本充電シーケンスでは、
二次電池の定電流充電を開始し、
定電流充電が終了したら定電圧充電に移行し、
このとき、補充電を行った二次電池が存在する場合、その二次電池の監視情報を受信し、
定電圧充電が終了したら、前記補充電を行った二次電池の本充電を開始することとし、
前記補充電シーケンスでは、
放電可能な二次電池が存在するか判断し、
放電可能な二次電池が存在する場合、
二次電池の補充電を開始し、
本充電中の二次電池の充電情報を受信し、
二次電池の補充電終了後、補充電を行った二次電池を本充電に移行可能とし、
放電可能な二次電池が存在しない場合、補充電シーケンスを終了すること
を特徴とする充電制御方法。