JP2020191746A

JP2020191746A - 蓄電デバイスを充電する方法及びシステム

Info

Publication number: JP2020191746A
Application number: JP2019096535A
Authority: JP
Inventors: 重公飯室; Shigekimi Iimuro
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-11-26
Also published as: EP3742573A1

Abstract

【課題】安価で省スペースな構成で、過充電や充電不足を防ぎつつ、状態や特性が異なる複数の蓄電デバイスを充電する。【解決手段】負荷に給電するための複数の蓄電デバイスを１つの充電装置により充電する際に、複数の蓄電デバイスの各々の充電量に対して、所定の上限値と、所定の下限値を設定し、複数の蓄電デバイスの各々の充電量を監視し、充電量が設定された所定の上限値に達した蓄電デバイスへの充電装置からの給電を止め、給電を止められた蓄電デバイスの充電量が設定された所定の下限値に達したときに、当該蓄電デバイスへの充電装置からの給電を再開する。【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電デバイスを充電する方法及びシステムに関する。

補機用のバッテリを複数台搭載することがある（特許文献１）。一般に、発電機や他のバッテリの出力電圧が大きい場合、補機用のバッテリは、充電装置（例えば、ＤＣＤＣコンバータ）により電圧を下げられた電気により充電される。

複数の補機用のバッテリは、バッテリごとに、初期条件などの状態が異なっていることや、種類や容量、劣化具合などの特性が異なることがある。このように状態や特性が異なる複数のバッテリを充電しようとする場合に、１つの充電装置では、すべてのバッテリに最適な充電制御をすることはできない。このため、複数のバッテリを１つの充電装置で充電する場合には、過充電になるバッテリや、充電不足になるバッテリなどが生じてしまう。

特開平１０−２２９６４９号公報

そこで、複数のバッテリの各々に、１つの充電装置が対応するように、充電装置を追加するという方法を考えられる。このようにすることで、複数の充電装置の各々が、対応するバッテリが過充電や充電不足にならないように、充電制御することが可能になり、過充電になるバッテリや、充電不足になるバッテリが生じるのを防ぐことが可能になる。

しかしながら、充電装置の追加は、コストを上昇させ、また、設置のためには、大きなスペースが必要になってしまう。このような問題は、バッテリのみならず、蓄電デバイス全般に生じうる。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、安価で省スペースな構成で、過充電や充電不足を防ぎつつ、状態や特性が異なる複数の蓄電デバイスを充電することを目的としている。

本発明の一実施形態に係る方法は、負荷に給電するための複数の蓄電デバイスを１つの充電装置により充電する方法であって、前記複数の蓄電デバイスの各々の充電量に対して、所定の上限値と、所定の下限値を設定することと、前記複数の蓄電デバイスを充電することと、を含み、前記複数の蓄電デバイスを充電することは、前記複数の蓄電デバイスの各々の充電量を監視することと、充電量が前記所定の上限値に達した蓄電デバイスへの前記充電装置からの給電を止めることと、前記給電を止められた蓄電デバイスの充電量が前記所定の下限値に達したときに、当該蓄電デバイスへの前記充電装置からの給電を再開することと、を含む。また、前記複数の蓄電デバイスの各々は、１以上のバッテリを含むようにしても良い。

本発明の一実施形態に係る充電システムは、負荷に給電するための複数の蓄電デバイスと、前記複数の蓄電デバイスに給電する充電装置と、前記複数の蓄電デバイスと前記充電装置との間に、前記複数の蓄電デバイスごとに設けられた複数のスイッチと、前記複数のスイッチのオンとオフを制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記複数の蓄電デバイスの各々の充電量を監視し、前記複数のスイッチの各々を、前記対応する蓄電デバイスの充電量が当該対応する蓄電デバイスに対して設定された所定の上限値に達したときに、オフになり、オフになった後、前記対応する蓄電デバイスの充電量が当該対応する蓄電デバイスに対して設定された所定の下限値に達したときに、オンになるように、制御する。また、前記複数の蓄電デバイスの各々は、１以上のバッテリを含むようにしても良い。

上記で説明した態様によれば、安価で省スペースな構成で、過充電や充電不足を防ぎつつ、状態や特性が異なる複数の蓄電デバイスを充電することができる。

本発明の一実施形態に係る充電システム１００を示す図である。図１に示す充電システム１００の一例におけるＳＯＣの時間変化を示す図である。図１に示す制御部１４０によるバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電制御の一例を示す図である。

＜充電システム１００＞
図１は、本発明の一実施形態に係る充電システム１００を示す図である。充電システム１００は、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃと、これらの複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃに給電する充電装置（例えば、ＤＣＤＣコンバータ）１２０と、複数のスイッチ１３０ａ〜１３０ｃと、スイッチ１３０ａ〜１３０ｃのオンとオフを制御する制御部１４０と、を有する。複数のバッテリ１１０ａ〜１００ｃの各々は、補機１５０ａ〜１５０ｃに給電するためのバッテリである。

複数のスイッチ１３０ａ〜１３０ｃの各々は、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃのうちの１つに対応しており、対応するバッテリ１１０ａ〜１１０ｃと充電装置１２０との間に接続されている。このため、スイッチ１３０ａ〜１３０ｃがオンであるとき、充電装置１２０と対応するバッテリ１１０ａ〜１１０ｃが接続され、充電装置１２０から対応するバッテリ１１０ａ〜１１０ｃへの給電が行うことが可能である。一方、スイッチ１３０ａ〜１３０ｃがオフであるとき、充電装置１２０と対応するバッテリ１１０ａ〜１１０ｃとの接続が遮断され、充電装置１２０から対応するバッテリ１１０ａ〜１１０ｃへの給電を行うことができない。

複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々の充電量は、例えば、ＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ：充電状態）を用いると良い。複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々のＳＯＣは、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々に設けられたセンサにより、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々の両端電圧や放充電流を測定することで得ることができる。

制御部１４０は、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々の充電量を監視し、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量に基づいて、対応するスイッチ１３０ａ〜１３０ｃのオンとオフを制御する。つまり、制御部１４０は、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々の充電量に基づいて、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々の充電を、独立に制御する。

制御部１４０は、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々に対して、充電時に、充電開始から、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量が所定の上限値に達するまでは、対応するスイッチ１３０ａ〜１３０ｃをオンにする。そして、制御部１４０は、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量が所定の上限値に達したときに、対応するスイッチ１３０ａ〜１３０ｃをオフにし、充電装置１２０からこのバッテリ１１０ａ〜１１０ｃへの給電を止める。

つまり、本実施形態では、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量が所定の上限値に達したときに、このバッテリ１１０ａ〜１１０ｃへの給電が止まる。このため、本実施形態では、満充電の状態であるバッテリ１１０ａ〜１１０ｃに給電がされ続けること、つまり、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃが過充電になることを防ぐことが可能である。

対応するスイッチ１３０ａ〜１３０ｃがオフになると、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃには対応する補機１５０ａ〜１５０ｃに接続しているため、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃは、放電を開始する。このため、対応するスイッチ１３０ａ〜１３０ｃがオフになった後、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量が減っていく。そこで、制御部１４０は、対応するスイッチ１３０ａ〜１３０ｃがオフになった後、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量が所定の下限値に達したときに、スイッチ１３０ａ〜１３０ｃをオンにし、充電装置１２０からバッテリ１１０への給電を再開する。

つまり、本実施形態では、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量が所定の下限値に達したときに、このバッテリ１１０ａ〜１１０ｃへの給電が再開される。このため、本実施形態では、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃが放電し続けること、つまり、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃが充電不足になることを防ぐことが可能である。

以上のように、本実施形態では、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃごとに、充電装置１２０からの給電が制御されている。このため、本実施形態では、個々のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電制御が、他のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃに対する充電状態に影響されることなくなり、個々のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量を所定の範囲内に保ち続けることが可能になる。よって、本実施形態では、過充電や充電不足を防ぎつつ、状態や特性が異なる複数のバッテリを充電することが可能になる。

複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々の充電量の上限値、下限値は、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々の特性、使用要件等に基づいて設定される。つまり、本実施形態では、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃごとに、充電量の上限値、下限値は、異なっていても良い。このため、本実施形態では、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々の特性、使用要件等に合うように、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量を所定の値の範囲に保つことが可能である。

制御部１４０は、図１に記載したように、１つのみが設けられ、この１つの制御部１４０が、すべてのスイッチ１３０ａ〜１３０ｃを制御するようにしても良い。また、制御部は、スイッチ１３０ａ〜１３０ｃごとに設けられ、制御部１３０の各々が、対応するスイッチ１３０ａ〜１３０ｃのみを制御するようにしても良い。

以上のように、本実施形態では、過充電や充電不足を防ぎつつ、状態や特性が異なる複数のバッテリを充電することが可能である。また、本実施形態では、バッテリごとに、スイッチを設けるだけであるので、バッテリごとに、充電装置を設けるのに比べ、コストを抑えることができ、また、設置スペースを抑えることもできる。

上記実施形態では、充電装置１２０により充電されるデバイスをバッテリとしているが、充電装置１２０により充電されるデバイスは、バッテリには限られず、蓄電できるデバイスであれば何であっても良い。また、上記の実施形態では、複数のスイッチの各々は、１つのバッテリごとに設けられているが、複数のスイッチ１３０ａの各々が、２以上のバッテリからなるバッテリ群ごとに設けられるようにしても良い。

＜ＳＯＣの時間変化＞
図２は、本実施形態に係る充電システム１００の一例におけるＳＯＣの時間変化を示す図である。この例では、充電システム１００は、バッテリ１とバッテリ２の２つのバッテリを備えている。バッテリ１は、鉛蓄電池であり、ＳＯＣが９５％であるときの電圧が１２．３５Ｖであり、初期のＳＯＣが６１％であり、容量が６３Ａｈである。バッテリ２は、リチウムイオンバッテリであり、ＳＯＣが９５％であるときの電圧が１３．４５Ｖであり、初期のＳＯＣが７０％であり、容量が４３ｈである。つまり、この例において、充電システム１００は、互いに特性や状態が異なる２つのバッテリ、バッテリ１とバッテリ２とを有している。そして、この例では、バッテリ１は、ＳＯＣの上限値が８９．５％であり、ＳＯＣの下限値が８０％であり、バッテリ２は、ＳＯＣの上限値８０％であり、ＳＯＣの下限値が７０％である。つまり、バッテリ１の充電量と、バッテリ２の充電量は、互いに異なる範囲に保たれるように制御される。

図２は、本実施形態の充電制御によりバッテリ１とバッテリ２の各々のＳＯＣの値を制御することで、バッテリ１とバッテリ２の各々のＳＯＣの値が、各々の範囲内で振動することを示している。つまり、バッテリ１は、ＳＯＣの値が上限値である８９．５％になると充電装置からの給電が止まり、負荷に放電することでＳＯＣの値が下がり始め、その後、ＳＯＣの値が下限値である８０％になると充電装置からの給電が再開し、ＳＯＣの値が再び上がり始めている。同様に、バッテリ２は、ＳＯＣの値が上限値である８０％になると充電装置からの給電が止まり、負荷に放電することでＳＯＣの値が下がり始め、その後、ＳＯＣの値が下限値である７０％になると充電装置からの給電が再開し、ＳＯＣの値が再び上がり始めている。

以上のように、本実施形態では、過充電や充電不足を防ぎつつ、状態や特性が異なる複数のバッテリを充電することが可能である。また、本実施形態に係る充電システム１００では、複数のバッテリの充電量を、バッテリごとに異なる範囲に保ち続けることが可能である。

＜バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電制御＞
図３は、本実施形態に係る充電システム１００の制御部１４０によるバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電制御の一例を示す図である。上述したように、本実施形態では、制御部１４０は、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々の充電を、独立に制御する。図３は、制御部１４０による複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃのうちの１つのバッテリ１１０ａ〜１１０ｃに対する充電制御を示している。制御部１４０は、図３に示した制御を、複数のバッテリ１１０ａ〜１１０ｃの各々に対して行う。

制御部１４０は、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量を監視し（ステップＳ３０１）、充電量が所定の上限値に達したときに（ステップＳ３０２でＹｅｓ）、対応するスイッチ１３０ａ〜１３０ｃをオフにし、充電装置１２０からこのバッテリ１１０ａ〜１１０ｃへの給電を止める（ステップＳ３０３）。その後も、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量を監視し（ステップＳ３０４）、バッテリ１１０ａ〜１１０ｃの充電量が所定の下限値に達したとき（ステップＳ３０５でＹｅｓ）、対応するスイッチ１３０ａ〜１３０ｃをオンにし、充電装置１２０からこのバッテリ１１０ａ〜１１０ｃへの給電を再開し（ステップＳ３０６）、ステップＳ３０１に戻る。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更が可能である。

１００充電システム
１１０ａ〜１１０ｃバッテリ
１２０充電装置
１３０ａ〜１３０ｃスイッチ
１４０制御部
１５０ａ〜１５０ｃ補機

Claims

負荷に給電するための複数の蓄電デバイスを１つの充電装置により充電する方法であって、
前記複数の蓄電デバイスの各々の充電量に対して、所定の上限値と、所定の下限値を設定することと、
前記複数の蓄電デバイスを充電することと、を含み、
前記複数の蓄電デバイスを充電することは、
前記複数の蓄電デバイスの各々の充電量を監視することと、
充電量が前記所定の上限値に達した蓄電デバイスへの前記充電装置からの給電を止めることと、
前記給電を止められた蓄電デバイスの充電量が前記所定の下限値に達したときに、当該蓄電デバイスへの前記充電装置からの給電を再開することと、を含む、充電方法。
前記複数の蓄電デバイスの各々は、１以上のバッテリを含む、請求項１に記載の充電方法。
負荷に給電するための複数の蓄電デバイスと、
前記複数の蓄電デバイスに給電する充電装置と、
前記複数の蓄電デバイスと前記充電装置との間に、前記複数の蓄電デバイスの各々に対応して設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチのオンとオフを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記複数の蓄電デバイスの各々の充電量を監視し、
前記複数のスイッチの各々を、
前記対応する蓄電デバイスの充電量が当該対応する蓄電デバイスに対して設定された所定の上限値に達したときに、オフになり、
オフになった後、前記対応する蓄電デバイスの充電量が当該対応する蓄電デバイスに対して設定された所定の下限値に達したときに、オンになるように、制御する、充電システム。
前記複数の蓄電デバイスの各々は、１以上のバッテリを含む、請求項３に記載の充電システム。