JP2019041445A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池が並列接続された電池パックを単一の充電器を用いて充電する構成において、充電の開始と終了とが頻繁に繰り返されてしまうことを抑制できる、電源システムを提供する。【解決手段】並列接続された複数の電池と、複数の電池のいずれか１つを対象電池として設けられ、対象電池の充電状態をそれぞれ制御する複数の電池制御装置と、複数の電池制御装置から送信される情報に基づいて、複数の電池の充電処理を実行する充電装置と、を備える、電源システムであって、複数の電池制御装置は、それぞれ、対象電池から得られた内部抵抗値を相互に送受信し、複数の電池の内部抵抗値に少なくとも基づいて生成される対象電池の充電情報を、充電装置へ送信し、充電装置は、複数の電池制御装置から送信される複数の電池の充電情報に基づいて、複数の電池の充電を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池を用いた電源システムに関する。

例えば、特許文献１に、複数の電池を直列又は並列に接続した電池パックにおいて、電池による充放電を制御する電源システムが、開示されている。

特開２０１５−２３１３０１号公報

複数の電池を並列に接続して構成された電池パックを単一の充電器を用いて充電する場合、充電器から各電池へ分流する充電電流は各電池の内部抵抗によって定まる。このため、電池間で内部抵抗に差があると、充電時の充電電流の違いが発生する。これにより上昇電圧にも変化が生じ、充電開始後、電圧の上昇により電圧上限に到達し、充電がすぐに完了してしまう可能性がある。充電終了後に、電圧降下が発生し、再び充電開始すると、充電の開始と終了とが頻繁に繰り返されてしまう虞がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数の電池が並列接続された電池パックを単一の充電器を用いて充電する構成において、充電の開始と終了とが頻繁に繰り返されてしまうことを抑制できる、電源システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、並列接続された複数の電池と、複数の電池のいずれか１つを対象電池として設けられ、対象電池の充電状態をそれぞれ制御する複数の電池制御装置と、複数の電池制御装置から送信される情報に基づいて、複数の電池の充電処理を実行する充電装置と、を備える、電源システムであって、複数の電池制御装置は、それぞれ、対象電池から得られた内部抵抗値を相互に送受信し、複数の電池の内部抵抗値に少なくとも基づいて生成される対象電池の充電情報を、充電装置へ送信し、充電装置は、複数の電池制御装置から送信される複数の電池の充電情報に基づいて、複数の電池の充電を制御する、ことを特徴とする。

この本発明の一態様の電源システムでは、複数の電池の各々に充電状態を制御する電池制御装置が設けられており、複数の電池制御装置間で各電池の内部抵抗値の情報を送受信している。そして、電池制御装置は、他の電池制御装置から受信した他の電池の内部抵抗値に少なくとも基づいて生成される対象電池の充電情報を、充電装置へ送信する。充電装置は、複数の電池制御装置から受信する複数の充電情報に基づいて、複数の電池の充電を適切に制御する。

この制御により、充電装置は、複数の電池の充電状態を受信することができるので、充電を開始しても特定の電池がすぐに充電完了となってしまうといった個々の状況を把握することができる。従って、充電装置は、充電の開始タイミングを見極めることができるため、複数の電池の充電が頻繁に繰り返されてしまうことを抑制できる。

この一態様において、複数の電池制御装置は、それぞれ、対象電池の充電を許可するか否かを判断し、その判断の結果を充電情報として充電装置へ送信してもよい。

この制御によって、充電装置は、複数の電池制御装置から送信されてくる充電情報に基づいて、複数の電池の充電を開始するか否かを容易に判断することができる。

また、この一態様において、複数の電池制御装置は、それぞれ、対象電池から得られた内部抵抗値を相互に送受信し、複数の電池の内部抵抗値と充電装置から充電時に送出される最大総充電電流値とに基づいて、充電開始後の所定時間で上昇する対象電池の最大電圧値を算出し、最大電圧値が所定の満充電電圧値よりも所定値以下であれば、対象電池の充電許可を充電装置へ送信してもよい。

この制御によって、各々の電池制御装置が、全ての内部抵抗値と充電時の総充電電流値とに基づいて、所定時間内で対象電池がすぐに充電完了とならないと判断できる場合に限り、充電許可を充電装置へ送信することができる。従って、この充電許可に基づいて充電装置が複数の電池の充電を制御すれば、複数の電池の充電が頻繁に繰り返されてしまうことを抑制できる。

さらに、この一態様において、充電装置は、複数の電池制御装置の全てから充電許可が送信された場合に、複数の電池の充電を開始するようにしてもよい。これにより、充電装置は、複数の電池制御装置の全てから充電許可を受信したことを判断するだけで、容易に複数の電池の充電を開始するタイミングを把握することができる。

上記本発明の電源システムによれば、複数の電池が並列接続された電池パックを単一の充電器を用いて充電する構成において、充電の開始と終了とが頻繁に繰り返されてしまうことを抑制できる。

本発明の一実施形態に係る電源システムの概略構成を示す図 電池制御装置が行う制御の処理手順を説明するフローチャート 充電装置が行う制御の処理手順を説明するフローチャート 充電装置が行う充電制御の一例を示す図

［概要］
本発明は、複数の電池が並列接続された電源システムである。本電源システムでは、各電池に設けられた制御装置が、各電池の内部抵抗値の情報を送受信する。この内部抵抗値と充電時に電池に流れる電流値とに基づいて充電開始後の上昇電圧値を予測し、各電池の最大電圧値がすぐに満充電電圧値を超えないように充電開始のタイミングを制御する。これにより、充電の開始と終了とが頻繁に繰り返されてしまうことを抑制できる。

［電源システムの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電源システム１の概略構成を示す図である。図１に例示した電源システム１は、複数の電池１−１〜１−ｎ（第１の電池１−１、第２の電池１−２、…、第ｎの電池１−ｎ）と、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎ（第１の電池制御装置２−１、第２の電池制御装置２−２、…、第ｎの電池制御装置２−ｎ）と、充電装置３０と、を備えている。ｎは、２以上の整数である。

複数の電池１−１〜１−ｎは、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。複数の電池１−１〜１−ｎは、並列接続されており、充電装置３０と充電可能に接続されている。この複数の電池１−１〜１−ｎは、それぞれに内部抵抗を有している。

図１の例では、第１の電池１−１は、抵抗値Ｒ１の内部抵抗（以下「内部抵抗値Ｒ１」という）を有している。第２の電池１−２は、抵抗値Ｒ２の内部抵抗（以下「内部抵抗値Ｒ２」という）を有している。第ｎの電池１−ｎは、抵抗値Ｒｎの内部抵抗（以下「内部抵抗値Ｒｎ」という）を有している。

複数の電池制御装置２−１〜２−ｎは、複数の電池１−１〜１−ｎのいずれか１つを対象電池として設けられ、その対象電池の充電状態をそれぞれ制御するように構成されている。この複数の電池制御装置２−１〜２−ｎは、典型的には、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、メモリ、及び入出力インターフェースなどを含んだ電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。

図１の例では、第１の電池制御装置２−１は、第１の電池１−１を対象電池として設けられ、第１の電池１−１の充電状態を制御することができる。第２の電池制御装置２−２は、第２の電池１−２を対象電池として設けられ、第２の電池１−２の充電状態を制御することができる。第ｎの電池制御装置２−ｎは、第ｎの電池１−ｎを対象電池として設けられ、第ｎの電池１−ｎの充電状態を制御することができる。

また、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎは、相互に通信可能に接続されており、それぞれ対象電池が有する内部抵抗値を取得して、他の電池制御装置との間で内部抵抗値を送受信することを行う。内部抵抗値の送信は、定期的に行われてもよいし、前回に送信した値から変化があったときに行われてもよい。

図１の例では、第１の電池制御装置２−１は、第１の電池１−１の内部抵抗値Ｒ１を取得し、その内部抵抗値Ｒ１を第２の電池制御装置２−２及び第ｎの電池制御装置２−ｎにそれぞれ送信する。また、第１の電池制御装置２−１は、第２の電池制御装置２−２から内部抵抗値Ｒ２を、第ｎの電池制御装置２−ｎから内部抵抗値Ｒｎを、それぞれ受信する。第２の電池制御装置２−２は、第２の電池１−２の内部抵抗値Ｒ２を取得し、その内部抵抗値Ｒ２を第１の電池制御装置２−１及び第ｎの電池制御装置２−ｎにそれぞれ送信する。また、第２の電池制御装置２−２は、第１の電池制御装置２−１から内部抵抗値Ｒ１を、第ｎの電池制御装置２−ｎから内部抵抗値Ｒｎを、それぞれ受信する。第ｎの電池制御装置２−ｎは、第ｎの電池１−ｎの内部抵抗値Ｒｎを取得し、その内部抵抗値Ｒｎを第１の電池制御装置２−１及び第２の電池制御装置２−２にそれぞれ送信する。また、第ｎの電池制御装置２−ｎは、第１の電池制御装置２−１から内部抵抗値Ｒ１を、第２の電池制御装置２−２から内部抵抗値Ｒ２を、それぞれ受信する。

また、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎは、充電装置３０と通信可能に接続されており、それぞれ他の電池制御装置との送受信によって得られた複数の電池１−１〜１−ｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎに少なくとも基づいて対象電池に関する所定の充電情報を生成して、生成した充電情報を充電装置３０へ送信することを行う。この対象電池に関する充電情報については後述する。

充電装置３０は、複数の電池１−１〜１−ｎと電力線（図１の実線）で、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎと通信線（図１の破線）で、接続されている。この充電装置３０は、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎから送信される複数の電池１−１〜１−ｎの充電情報に基づいて、複数の電池１−１〜１−ｎの充電を制御できるように構成されている。図４は、充電装置３０が行う充電制御の一例を示す図である。なお、この充電装置３０が行う制御については後述する。

［電源システムが実行する制御］
次に、図２及び図３をさらに参照して、本発明の一実施形態に係る電源システム１が実行する制御方法を説明する。図２は、電源システム１の複数の電池制御装置２−１〜２−ｎがそれぞれ行う制御の処理手順を説明するフローチャートである。図３は、電源システム１の充電装置３０が行う制御の処理手順を説明するフローチャートである。

＜電池制御装置の制御＞（図２）
この制御は、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎがそれぞれ行う制御である。以下、電池制御装置２−１が行う処理に着目して説明を行う。図２の処理は、対象電池１−１の電圧値が充電許可判定閾値（図４を参照）まで低下すると実行される。

ステップＳ２０１：対象電池１−１の内部抵抗値を取得する。この内部抵抗値は、充電中又は放電中における対象電池１−１を流れる電流値と対象電池１−１の電圧値とから算出することができる。実際に算出される抵抗値は、真値に対して一定の誤差が存在する。よって、誤差を考慮した最大の抵抗値である最大内部抵抗値（Ｒ１ｍａｘ）を、他の電池制御装置２−２〜２−ｎへ送信する内部抵抗値Ｒ１とし、誤差を考慮した最小の抵抗値である最小内部抵抗値（Ｒ１ｍｉｎ）を、対象電池１−１自身の電池制御装置２−１での計算用とする。なぜならば、他の電池の内部抵抗値を大きく見積もり、かつ、自身の電池の内部抵抗値を小さく見積もると、自電池に流れる電流が大きく予測されるため、自身の電池の電圧上昇値が大きく見積もられる。すなわち、マージンを考慮して充電の許可を判断することができるからである。対象電池１−１の内部抵抗値（Ｒ１ｍａｘ、Ｒ１ｍｉｎ）を取得すると、ステップＳ２０２に処理が進む。

ステップＳ２０２：取得した対象電池１−１の内部抵抗値Ｒ１を他の電池制御装置２−２〜２−ｎへ送信する。対象電池１−１の内部抵抗値Ｒ１を送信すると、ステップＳ２０３に処理が進む。

ステップＳ２０３：他の電池制御装置２−２〜２−ｎの全てから電池１−２〜１−ｎの内部抵抗値Ｒ２〜Ｒｎを受信したか否かを判断する。電池１−２〜１−ｎの内部抵抗値Ｒ２〜Ｒｎを全て受信した場合（Ｓ２０３、Ｙｅｓ）、ステップＳ２０４に処理が進む。一方、電池１−２〜１−ｎの内部抵抗値Ｒ２〜Ｒｎを全て受信していない場合（Ｓ２０３、Ｎｏ）、全て受信するまで待つ。

ステップＳ２０４：全ての電池１−１〜１−ｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎから、他の電池１−２〜１−ｎに流れる合計電流値Ｉotherに対する対象電池１−１に流れる電流値Ｉselfの割合を示す電流比Ｉrateを算出する。この電流比Ｉrateは、対象電池１−１の内部抵抗値Ｒself（＝Ｒ１ｍｉｎ）と他の電池１−２〜１−ｎの合成抵抗値Ｒother（＝１／Ｒ２＋…＋１／Ｒｎ）とを用いて、下記の式［１］によって算出可能である。電流比Ｉrateを算出すると、ステップＳ２０５に処理が進む。
Ｉrate ＝ Ｉself／Ｉother ＝ Ｒother／Ｒself … ［１］

ステップＳ２０５：充電装置３０から充電時に送出される最大総充電電流値Ｉallを取得する。この最大総充電電流値Ｉallは、充電装置３０の能力に依存し、予め定められた値である。なお、充電装置３０が、定電流充電（ＣＣ）ではなく定電力充電（ＣＰ）を行う場合には、充電電力を充電電圧で除算することで最大総充電電流値Ｉallを算出することが可能である。最大総充電電流値Ｉallを取得すると、ステップＳ２０６に処理が進む。

ステップＳ２０６：電流比Ｉrateと最大総充電電流値Ｉallとに基づいて、充電開始後に流れると想定される最大充電電流値Ｉchargeを算出する。最大充電電流値Ｉchargeは、下記の式［２］によって算出可能である。最大充電電流値Ｉchargeを算出すると、ステップＳ２０７に処理が進む。
Ｉcharge ＝ Ｉall＊Ｉrate … ［２］

ステップＳ２０７：最大充電電流値Ｉcharge、対象電池１−１の内部抵抗値Ｒself、及び現時点における電池１−１の電圧値Ｖnowに基づいて、充電開始後の所定時間で上昇すると想定される最大電圧値Ｖchargeを算出する。最大電圧値Ｖchargeは、下記の式［３］によって算出可能である。所定時間は、充電を開始した後にすぐに処理が終了しないようにするために設定され、例えば数ミリ秒程度の時間とすることができる。最大電圧値Ｖchargeを算出すると、ステップＳ２０８に処理が進む。
Ｖcharge ＝ Ｖnow＋Ｉcharge＊Ｒself … ［３］

ステップＳ２０８：最大電圧値Ｖchargeと電池１−１〜１−ｎの満充電電圧値Ｖmaxとの差電圧値ΔＶを、下記の式［４］によって算出する。満充電電圧値Ｖmaxは、電池１−１〜１−ｎの過充電電圧値に基づいて定めることができる。差電圧値ΔＶを算出すると、ステップＳ２０９に処理が進む。
ΔＶ ＝ Ｖmax−Ｖcharge … ［４］

ステップＳ２０９：差電圧値ΔＶが、所定値Ｖrefを越えるか否かを判断する。この所定値Ｖrefは、対象電池１−１の充電を許可するか否かを判断するための閾値であり、電源システム１に要求される性能などに基づいて設定することができる。つまり、上記ステップＳ２０８とステップＳ２０９とによって、最大電圧値Ｖchargeが、満充電電圧値Ｖmaxよりも所定値Ｖref以下であるか否かを判断していることとなる。

差電圧値ΔＶが所定値Ｖrefを越える場合（Ｓ２０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ２１０に処理が進む。一方、差電圧値ΔＶが所定値Ｖrefを越えない場合（Ｓ２０９、Ｎｏ）、ステップＳ２１１に処理が進む。

ステップＳ２１０：対象電池１−１の充電を許可する旨の充電情報（充電許可）を充電装置３０に送信する。例えば、所定の充電許可フラグを「ＯＮ」に設定した信号を送信することができる。充電情報を充電装置３０に送信すると、ステップＳ２０１に処理が戻る。

ステップＳ２１１：対象電池１−１の充電を許可しない旨の充電情報（充電不許可）を充電装置３０に送信する。例えば、所定の充電許可フラグを「ＯＦＦ」に設定した信号を送信することができる。充電情報を充電装置３０に送信すると、ステップＳ２０１に処理が戻る。

なお、充電情報は、充電装置３０において複数の電池１−１〜１−ｎの充電を開始すべきか否かを判断できる情報であればよい。よって、充電許可／不許可の情報以外にも、例えば電流比Ｉrate、最大充電電流値Ｉcharge、最大電圧値Ｖcharge、又は差電圧値ΔＶなどを、充電情報として充電装置３０へ送信してもよい。

＜充電装置の制御＞（図３）
ステップＳ３０１：複数の電池制御装置２−１〜２−ｎの全てから充電情報を受信したか否かを判断する。全ての電池制御装置２−１〜２−ｎから充電情報を受信した場合（Ｓ３０１、Ｙｅｓ）、ステップＳ３０２に処理が進む。一方、全ての電池制御装置２−１〜２−ｎから充電情報を受信していない場合（Ｓ３０１、Ｎｏ）、全て受信するまで待つ。

ステップＳ３０２：複数の電池制御装置２−１〜２−ｎから受信した全ての充電情報が充電許可か否かを判断する。全ての充電情報が充電許可である場合（Ｓ３０２、Ｙｅｓ）、ステップＳ３０３に処理が進む。一方、全ての充電情報が充電許可ではない場合（Ｓ３０２、Ｎｏ）、ステップＳ３０１に処理が戻って新たに充電を許可する旨の充電情報の受信を待つ。

ステップＳ３０３：複数の電池制御装置２−１〜２−ｎの充電を開始する。複数の電池制御装置２−１〜２−ｎの充電を開始すると、ステップＳ３０４に処理が進む。

ステップＳ３０４：複数の電池制御装置２−１〜２−ｎの充電電圧値が満充電電圧値Ｖmaxに達したか否かを判断する。充電電圧値が満充電電圧値Ｖmaxに達した場合（Ｓ３０４、Ｙｅｓ）、ステップＳ３０５に処理が進む。充電電圧値が満充電電圧値Ｖmaxに達していない場合（Ｓ３０４、Ｎｏ）、達するまで充電が継続して行われる。

ステップＳ３０５：複数の電池制御装置２−１〜２−ｎの充電を終了する。複数の電池制御装置２−１〜２−ｎの充電を終了すると、ステップＳ３０１に処理が戻る。

［本実施形態における作用・効果］
上述した本発明の一実施形態に係る電源システム１では、複数の電池１−１〜１−ｎの各々に充電状態を制御する電池制御装置２−１〜２−ｎを設け、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎ間で各電池１−１〜１−ｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎの情報を送受信する。そして、例えば電池制御装置２−１は、他の電池制御装置２−２〜２−ｎから受信した他の電池１−２〜１−ｎの内部抵抗値と充電装置３０から充電時に送出される最大総充電電流値Ｉallとに基づいて生成される対象電池１−１の充電情報を、充電装置３０へ送信する。これに対し、充電装置３０は、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎから受信する複数の充電情報に基づいて、複数の電池１−１〜１−ｎの充電を適切に制御する。

この制御により、充電装置３０は、複数の電池１−１〜１−ｎの充電状態を受信することができるので、充電を開始しても特定の電池がすぐに充電完了となってしまうといった個々の状況を把握することができる。従って、充電装置３０は、充電の開始タイミングを見極めることができるため、複数の電池１−１〜１−ｎの充電が頻繁に繰り返されてしまうことを抑制できる。ひいては、充電用リレーの寿命が短くなってすぐに故障してしまうことを回避できる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎは、それぞれ、対象電池の充電を許可するか否かを判断し、その判断の結果を充電情報として充電装置３０へ送信する。

この制御によって、充電装置３０は、複数の電池制御装置２１〜２ｎから送信されてくる充電情報に基づいて、複数の電池１−１〜１−ｎの充電を開始するか否かを容易に判断することができる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎは、それぞれ、対象電池から得られた内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎを相互に送受信し、複数の電池１−１〜１−ｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎと最大総充電電流値Ｉallとに基づいて、充電開始後の所定時間で上昇する対象電池の最大電圧値Ｖchargeを算出し、最大電圧値Ｖchargeが所定の満充電電圧値Ｖmaxよりも所定値Ｖref以下であれば、対象電池の充電許可を充電装置３０へ送信する。

この制御により、各々の電池制御装置２−１〜２−ｎが、全ての内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎと充電時の総充電電流値とに基づいて、所定時間内で対象電池がすぐに充電完了とならないと判断できる場合に限り、充電許可を充電装置３０へ送信することができる。従って、この充電許可に基づいて充電装置３０が複数の電池１−１〜１−ｎの充電を制御すれば、複数の電池１−１〜１−ｎの充電が頻繁に繰り返されてしまうことを抑制できる。ひいては、充電用リレーの寿命が短くなってすぐに故障してしまうことを回避できる。

さらに、本実施形態に係る電源システム１では、充電装置３０は、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎの全てから充電許可が送信された場合に、複数の電池１−１〜１−ｎの充電を開始するようにしている。これにより、充電装置３０は、複数の電池制御装置２−１〜２−ｎの全てから充電許可を受信したことを判断するだけで、容易に複数の電池１−１〜１−ｎの充電を開始するタイミングを把握することができる。

本発明は、複数の電池を並列に接続した電池パックを用いた電源システムなどに利用可能である。

１ 電源システム
１−１〜１−ｎ 電池
２−１〜２−ｎ 電池制御装置
３０ 充電装置
Ｒ１〜Ｒｎ 内部抵抗値

Claims (4)

1. 並列接続された複数の電池と、
   前記複数の電池のいずれか１つを対象電池として設けられ、当該対象電池の充電状態をそれぞれ制御する複数の電池制御装置と、
   前記複数の電池制御装置から送信される情報に基づいて、前記複数の電池の充電処理を実行する充電装置と、を備える、電源システムであって、
   前記複数の電池制御装置は、それぞれ、
   前記対象電池から得られた内部抵抗値を相互に送受信し、
   前記複数の電池の内部抵抗値に少なくとも基づいて生成される前記対象電池の充電情報を、前記充電装置へ送信し、
   前記充電装置は、前記複数の電池制御装置から送信される前記複数の電池の充電情報に基づいて、前記複数の電池の充電を制御する、
   電源システム。
2. 前記複数の電池制御装置は、それぞれ、前記対象電池の充電を許可するか否かを判断し、当該判断の結果を前記充電情報として前記充電装置へ送信する、
   請求項１に記載の電源システム。
3. 前記複数の電池制御装置は、それぞれ、
   前記対象電池から得られた内部抵抗値を相互に送受信し、
   前記複数の電池の内部抵抗値と、前記充電装置から充電時に送出される最大総充電電流値とに基づいて、充電開始後の所定時間で上昇する前記対象電池の最大電圧値を算出し、
   前記最大電圧値が所定の満充電電圧値よりも所定値以下であれば、前記対象電池の充電許可を前記充電装置へ送信する、
   請求項２に記載の電源システム。
4. 前記充電装置は、前記複数の電池制御装置の全てから前記充電許可が送信された場合に、前記複数の電池の充電を開始する、
   請求項３に記載の電源システム。

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