JP2019033653A

JP2019033653A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2019033653A
Application number: JP2017154946A
Authority: JP
Inventors: 浩宮澤; Hiroshi Miyazawa
Original assignee: Tabuchi Electric Co Ltd
Current assignee: Tabuchi Electric Co Ltd
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-02-28

Abstract

【課題】好適に組電池から低電圧電源を取得ができるように構成された蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１は、直列接続された複数の電池ユニットＥからなる組電池２を有する。制御部４を動作させる電力を生成する電源回路７と組電池２との間には、切替スイッチ５が設けられている。切替スイッチ５は、複数の電池ユニットＥのうちの１つを所定の時間毎に順に選択し、選択された電池ユニットＥを電源回路７に接続することにより電源回路７に動作電力が供給されるようにしている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池ユニットからなる組電池を有する蓄電装置に関する。

組電池を有する蓄電装置には、組電池を構成する電池セル間の均等化制御や、ＳＯＣ（State Of Charge）の計算等に用いる制御回路が搭載されている。制御回路は、組電池両端の電圧（例えば、５０［Ｖ］以上）よりも低い電源電圧（例えば、５［Ｖ］）で駆動されるのが一般的である。

そこで、特許文献１に示されるように、低圧のバッテリ（以下、低圧バッテリという）を組電池とは別個に用意し、この低圧バッテリに接続された電源回路から制御回路に電源を供給することが行われている。

特開２００７−１５１２５６号

しかしながら、特許文献１のような従来技術では、組電池とは別個に低圧バッテリを用意する必要がある。このような低圧バッテリは、組電池と離れて設けられている場合が多く、低圧バッテリを安全に管理する必要があり、また、低圧バッテリを設ける分のコストが増加する。

組電池の両端から電源を取り、降圧して制御回路の電源として使用することも考えられるが、高い電圧からの降圧による発熱が生じ、また、組電池の電圧の高さに応じた規模の降圧回路が必要になる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、好適に組電池から低電圧電源を取得ができるように構成された蓄電装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係る蓄電装置は、直列接続された複数の電池ユニットからなる組電池を有し、前記蓄電装置の動作を制御する制御部と、前記制御部を動作させる電力を生成する電源回路と、前記複数の電池ユニットのうちの１つを所定の時間毎に順に選択し、選択された電池ユニットを前記電源回路に接続することにより前記電源回路に動作電力が供給されるようにする切替スイッチとを備えている。

ここで、「電池ユニット」には、単一の電池セルと、複数の電池セルを直列、並列または直並列に接続して構成されたスタックとが含まれる。以下の第２態様に係る蓄電装置についても同様である。

本態様によると、所定の時間毎に電源回路に動作電力を供給する電池ユニットを切り替えるようにしているので、電池ユニットから電源回路のための電力をバランスよく取得することができる。また、組電池と別個に制御部用のバッテリを設ける必要がない。

前記各電池ユニットの電圧を測定する電圧測定部をさらに備え、前記切替スイッチでは、前記電池ユニット毎の前記所定の時間が前記電圧測定部で測定された電圧に応じて調整されるようにしてもよい。

これにより、電池ユニットからさらにバランスのよい電源取得が可能になる。

本発明の第２態様に係る蓄電装置は、直列接続された複数の電池ユニットからなる組電池を含む電池モジュールを有し、前記各電池ユニットの電圧を測定する電圧測定部と、前記電圧測定部で測定された電圧に基づいて蓄電装置の動作を制御する制御部と、前記制御部を動作させる電力を生成する電源回路と、前記複数の電池ユニットのうちの１つを選択し、選択された電源用電池ユニットを前記電源回路に接続することにより前記電源回路に動作電力が供給されるようにする切替スイッチとを備え、前記制御部は、前記電源用電池ユニットとして、前記各電池ユニットのうちの電圧の高い電池ユニットから順番に選択されるように前記切替スイッチを制御する。

本態様によると、高い電池ユニットから順番に電源回路に動作電力を供給するようにしているので、電池ユニットから電源回路のための電力をバランスよく取得することができる。また、組電池と別個に制御部用のバッテリを設ける必要がない。

前記切替スイッチと前記電源回路との間に、前記動作電力の電圧を平滑化する平滑回路が設けられていてもよい。

これにより、切替スイッチの切り替え時にも、電源回路に対して電力が途切れることなく供給されるようになる。

本発明に係る蓄電装置は、好適に組電池から低電圧電源を取得ができる。

本実施形態に係る蓄電装置の概略構成を示すブロック図である。蓄電装置の他の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

＜蓄電装置の構成＞
本実施形態に係る蓄電装置１は、図１に示すように、組電池２と、フロントエンド部３と、制御部４と、切替スイッチ５と、電源回路７とを備えている。

組電池２は、直列に接続された複数の電池ユニットＥからなり、家庭用、産業用、各種機器の駆動用等の種々の外部負荷（図示省略）が接続され得る。図１には、電池ユニットＥがＮ個の例を示しており、図面上側から下側に向って順番にＥ１，Ｅ２，…，ＥＮの符号を付している。ただし、特定の電池ユニットを指すものでない場合に、単に電池ユニットＥと記載する場合がある。組電池の出力電圧は、その用途によって異なるが、一般的には、５０［Ｖ］〜５００［Ｖ］程度である。また、電池ユニットＥの電圧は、１〜４［Ｖ］程度である。

ここで、電池ユニットＥは、単一の電池セルであってもよいし、複数の電池セルからなるスタックであってもよい。スタックは、例えば、直列接続された複数の電池セルによって構成される。電池セルは、例えば、リチウムイオン電池であり、満充電状態における端子電圧が５Ｖに設定されている。なお、電池セルの種別、端子電圧は、上記の例に限定されず、蓄電装置１に求められるスペック等に応じて、任意に選択及び設定することができる。

フロントエンド部３は、各電池ユニットＥの電圧を測定する電圧測定部３１を含む。電圧測定部３１は、電池ユニットＥの電圧を測定し、電圧測定信号ＭＶとして制御部４に出力するものである。例えば、電池ユニットＥの両端子間に接続された電圧計（図示省略）で実現できる。

なお、フロントエンド部３の構成は、上記に限定されない。例えば、電池ユニットＥや組電池２の状態を把握するための各種の測定回路／検出回路や、制御部４からの制御信号に基づいて電池ユニットＥや組電池２全体の充放電を制御するために各種スイッチ（トランジスタ含む）や受動素子等で構成された回路が含まれ得る。

切替スイッチ５は、組電池２を構成する各電池ユニットＥと電源回路７との間に設けられ、制御部４からのスイッチ制御信号Ｓ２が示す電池ユニットＥと電源回路７とを接続させる機能を有する。具体的な図示は省略するが、切替スイッチ５は、例えば、複数のアナログスイッチにより構成することができる。上記各アナログスイッチは、例えば、一端が各電池ユニットＥのプラス極またはマイナス極に接続され、他端が共通電源線Ｖ_Ｄを介して電源回路７の電源入力端子に接続される。

電源回路７は、電源入力端子（共通電源線Ｖ_Ｄ）に供給された電力に基づいて、制御部４を動作させる電力を生成する。具体的な図示は省略するが、電源回路７は、例えば、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ等を用いて実現することができる。電源回路７への入力電圧は、組電池２両端の電圧と比較して非常に小さいので、本実施形態のような構成にすることにより、絶縁を取る回路を小さくすることができるというメリットがある。

なお、図１に示すように、切替スイッチ５と電源回路７とを接続する共通電源線Ｖ_Ｄに平滑回路６を設けることが好ましい。平滑回路６は、例えば、共通電源線Ｖ_Ｄとグランドとの間に接続されたコンデンサにより実現することができる。これにより、切替スイッチ５の切り替えに係る共通電源線Ｖ_Ｄの電圧変動の影響を防ぐまたは低減することができるようになる。

制御部４は、電源回路７からの電源供給を受けて、切替スイッチ５をはじめとする蓄電装置１の動作を制御する機能を有する。制御部４には、例えば、汎用のマイクロコンピュータを適用することができ、１．５〜５［Ｖ］程度の電源電圧で駆動される。

具体的に、制御部４は、切替スイッチ５を制御して所定の条件を満たす電池ユニットＥを放電させる。制御部４の内部には、図１および図２に示すように、均等化アルゴリズム（プログラム）が組み込まれていてもよい。図１および図２において、Ｓ２は制御部４から切替スイッチ５に出力されるスイッチ制御信号を示している。また、図２において、Ｓ１は制御部４から均等化部３２に出力される均等化制御信号を示している。

以下、制御部４による切替スイッチ５の制御に基づく電源回路７の電源取得動作について、具体的に説明する。

−電源取得動作（１）−
電源取得動作（１）は、制御部４による均等化アルゴリズムに基づいた処理によって実現される。

まず、制御部４は、各電圧測定部３１から電圧測定信号ＭＶを取得し、各電池ユニットＥ１，Ｅ２，…，ＥＮのＳＯＣを比較する。次に、制御部４は、所定の時間毎に切替スイッチ５で選択される電池ユニットＥを順次切り替える。具体的には、所定の時間として、各電池ユニットＥをＳＯＣに応じた時間で放電させる。例えば、ＳＯＣの大きな電池ユニットＥからの電源取得時間（電池ユニットＥが選択されている時間）を長く設定する一方で、ＳＯＣの小さな電池ユニットＥからの電源取得時間を短く設定する。これにより、残量の多い電池ユニットＥから優先的に放電されるようになるので、電池ユニットＥから電源回路７のための電力をバランスよく取得することができ、電池ユニットＥ間の充電残量の差を小さくすることができる。具体的に、例えば、特定の電池ユニットＥ（例えば、電池ユニットＥＮ）から電源回路７用の電力を取得する場合、上記特定の電池ユニットＥの電力消費量が、他の電池ユニットＥと比較して大きくなる。そうすると、電池ユニットＥ間の充電状態のバランスが崩れることが考えられるが、本実施形態の蓄電装置では、そのようなことがない。

なお、図２に示すように、各電圧測定部３１の後段に均等化部３２を設けるようにしてもよい。均等化部３２は、制御部４からの均等化制御信号Ｓ１に基づいて対応する電池ユニットＥの充放電を制御することにより、電池ユニットＥ間の充電状態を均等化させる機能を有する。具体的な均等化方法、回路構成等は、特に限定されず、一般的な従来技術を適用することができるので、ここではその詳細な説明を省略するが、例えば、均等化部３２は、ＳＯＣの大きい電池ユニットＥを放電させてその放電電力をＳＯＣの小さい他の電池ユニットＥに充電させたり、ＳＯＣの大きい電池ユニットＥについて電力を放電消費させたりする。

また、図１および図２では、均等化アルゴリズム（プログラム）が制御部４に組込まれているものとしたが、均等化アルゴリズムが制御部４に組込まれていなくてもよい。以下の電源取得動作（２）では、制御部４に均等化アルゴリズムが組み込まれていない場合の例について説明する。

−電源取得動作（２）−
制御部４は、あらかじめ定められた所定の時間毎に切替スイッチ５で選択される電池ユニットＥを切り替えて、各電池ユニットＥから順番に電源回路７に電力を供給させるように制御する。例えば、制御部４は、電池ユニットＥ１を起点として、電池ユニットＥ２，Ｅ３，…，ＥＮの順番で、各電池ユニットＥ１，Ｅ２，…，ＥＮが数分から数十分程度の放電をするように切替スイッチ５を切り替える。なお、上記の所定の時間は、任意に設定することができる。例えば、蓄電装置１に内蔵された記憶部（図示省略）に製造時等にあらかじめ記憶されていてもよいし、ユーザーが蓄電装置１に設けられた操作部（図示省略）を操作して設定できるようにしてもよい。この場合においても、電池ユニットＥから電源回路７のための電力をバランスよく取得することができるようになっている。すなわち、特定の電池ユニットＥから電源回路７用の電力を取得する場合と比較して、電池ユニットＥ間の充電残量の差を小さくすることができる。

以上のように、本実施形態によると、各電池ユニットと電源回路との間に切替スイッチを設け、この切替スイッチ５によって選択された電池ユニットＥから電源回路７に電源を供給するようにしている。換言すると、この切替スイッチ５は、例えば、電源回路７に電力を供給させる電池ユニットＥを所定の時間毎に切り替える機能を有する。これにより、組電池２と別個に制御部４用のバッテリを設ける必要がなく、かつ、電池ユニットＥから電源回路７のための電力をバランスよく取得することができる。

なお、上記実施形態では、各電池ユニットＥのプラス極及びマイナス極が、それぞれ切替スイッチ５に接続され、電源回路７には選択された電池ユニットＥからの放電電力が供給されるものとしたが、これに限定されない。例えば、複数の電池ユニットＥからなる電池グループを構成し、切替スイッチ５で電池グループのうちの１つを所定の時間毎に順に選択し、選択された電池グループから電源回路７に電力を供給させるようにしてもよい。

また、平滑回路６は、電源回路７や切替スイッチ５と別々に設けられているものとしたが、これに限定されない。例えば、図１や図２の構成から平滑回路６を省いて、電源回路７または切替スイッチ５の内部に、平滑回路または同等の機能を有する回路を設けるようにしてもよい。

本発明は、組電池を構成する電池ユニットから電源回路のための電力をバランスよく取得することができるので、極めて有用である。

１蓄電装置
２組電池
４制御部
５切替スイッチ
６平滑回路
７電源回路
Ｅ電池ユニット

Claims

直列接続された複数の電池ユニットからなる組電池を有する蓄電装置であって、
前記蓄電装置の動作を制御する制御部と、
前記制御部を動作させる電力を生成する電源回路と、
前記複数の電池ユニットのうちの１つを所定の時間毎に順に選択し、選択された電池ユニットを前記電源回路に接続することにより前記電源回路に動作電力が供給されるようにする切替スイッチとを備えている
ことを特徴とする蓄電装置。
請求項１に記載の蓄電装置において、
前記各電池ユニットの電圧を測定する電圧測定部をさらに備え、
前記切替スイッチでは、前記電池ユニット毎の前記所定の時間が前記電圧測定部で測定された電圧に応じて調整される
ことを特徴とする蓄電装置。
直列接続された複数の電池ユニットからなる組電池を含む電池モジュールを有する蓄電装置であって、
前記各電池ユニットの電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部で測定された電圧に基づいて前記蓄電装置の動作を制御する制御部と、
前記制御部を動作させる電力を生成する電源回路と、
前記複数の電池ユニットのうちの１つを選択し、該選択された電源用電池ユニットを前記電源回路に接続することにより前記電源回路に動作電力が供給されるようにする切替スイッチとを備え、
前記制御部は、前記電源用電池ユニットとして、前記各電池ユニットのうちの電圧の高い電池ユニットから順番に選択されるように前記切替スイッチを制御する
ことを特徴とする蓄電装置。
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の蓄電装置において、
前記切替スイッチと前記電源回路との間に、前記動作電力の電圧を平滑化する平滑回路が設けられている
ことを特徴とする蓄電装置。