JP2021182804A - 電池制御ユニット及び電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】バイパス時の給電停止を抑制できる電池制御ユニット及び電池システムを提供する。【解決手段】切替部３１ａ〜３１ｃは、互いに直列接続された複数の電池２１ａ〜２１ｃ毎に設けられ、対応する電池２１ａ〜２１ｃを放電可能とする接続状態と、対応する電池２１ａ〜２１ｃを放電不可とする非接続状態と、に切り替える。キャパシタ５が、複数の電池２１ａ〜２１ｃに並列接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、電池制御ユニット及び電池システム、に関する。

複数の電池を直列に接続して構成される電池システムがある。複数の電池は、例えば製造時のバラツキや動作環境のバラツキに起因して、劣化がばらつく。例えば、熱源に近い電池は早く劣化してしまうが、熱源から離れた電池は劣化が遅い。

このため、充放電時に劣化の進んだ電池が最初に充放電終止電圧に達してしまう。この場合、他の電池に余力が残っていたとしても充放電を停止しなければならず、電池容量を使いきることができない。そこで、充電終止電圧に達した電池をバイパスして充電回路から切り離し、充電終止電圧に達していない電池の充電を継続させるシステムが提案されている（特許文献１）。また、放電時も同様に、放電終止電圧に達した電池をバイパスして放電から切り離し、放電終止電圧に達してない電池の放電を継続させる電池システムが考えられる。

特開２０１３−３１２４９号公報

しかしながら、上述した従来の電池システムでは、電池をバイパスする毎に、電池と負荷との接続が一瞬切れてしまい、負荷に対する給電が一瞬停止してしまう、という問題点があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バイパス時の給電停止を抑制できる電池制御ユニット及び電池システムを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電池制御ユニット及び電池システムは、下記［１］〜［４］を特徴としている。
［１］
互いに直列接続された複数の電池毎に設けられ、対応する前記電池を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部と、
前記複数の電池に並列接続された蓄電装置と、を備えた、
電池制御ユニットであること。
［２］
［１］に記載の電池制御ユニットであって、
複数の前記電池から成る組電池が、複数並列接続され、
複数の前記組電池毎に設けられ、対応する前記組電池と該組電池に給電される負荷との接続をオンオフするスイッチと、を備えた、
電池制御ユニットであること。
［３］
［１］又は［２］に記載の電池制御ユニットであって、
前記電池は、太陽光発電機及び充電器から充電される、
電池制御ユニットであること。
［４］
互いに直列接続された複数の電池と、
複数の前記電池毎に設けられ、対応する前記電池を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部と、
前記複数の電池に並列接続された蓄電装置と、を備えた、
電池システムであること。

上記［１］及び［４］の構成の電池制御ユニット及び電池システムによれば、蓄電装置が、複数の電池に並列接続される。これにより、切替部が、電池を接続状態から非接続状態に切り替えると、電池と負荷との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、蓄電装置により負荷に対する給電を継続することができる。

上記［２］の構成の電池制御ユニットによれば、負荷に接続する組電池を切り替えるため、オンするスイッチを切り替えると、電池と負荷との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、蓄電装置により給電を継続することができる。

上記［３］の構成の電池制御ユニットによれば、太陽光発電機から電池へ充電中に、切替部が、電池を接続状態から非接続状態に切り替えると、電池と太陽光発電機との接続が一瞬切れる。このとき、蓄電装置が太陽光発電機による充電電流を吸収するため、充電器に太陽光発電機からの高電圧が印加されることがなく、充電器の故障を防止することができる。

本発明によれば、バイパス時の給電停止を抑制できる電池制御ユニット及び電池システムを提供することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の第１実施形態における電池システムを示す回路図である。 図２は、図１に示す制御部の放電処理手順を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第２実施形態における電池システムを示す回路図である。 図４は、図３に示す制御部の放電処理手順を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第３実施形態における電池システムを示す回路図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

（第１実施形態）
図１に示す電池システム１は、例えば劣化が進んだ電池を再利用して電力を供給する装置である。

同図に示すように、電池システム１は、複数の電池２１ａ〜２１ｃと、電池制御ユニット３と、を備えている。本実施形態では、説明を簡単にするために、３つの電池２１ａ〜２１ｃを直列接続した例について説明するが、これに限ったものではない。電池２１ａ〜２１ｃの数は、複数あればよく、２つでも、４つ以上でもよい。複数の電池２１ａ〜２１ｃは各々、充放電可能な蓄電池であり、１つのセルから構成されていてもよいし、複数のセルから構成されていてもよい。

電池制御ユニット３は、複数の切替部３１ａ〜３１ｃと、複数の電圧測定部４１ａ〜４１ｃと、キャパシタ５（蓄電装置）と、制御部６と、を備えている。複数の切替部３１ａ〜３１ｃは、複数の電池２１ａ〜２１ｃに各々対応して設けられている。複数の切替部３１ａ〜３１ｃは、互いに同じ構成である。

切替部３１ａ〜３１ｃは、対応する電池２１ａ〜２１ｃを図示しない充電器又は負荷７に接続可能（放電可能）とする接続状態と、対応する電池２１ａ〜２１ｃを図示しない充電器又は負荷７に接続不可（放電不可）とする非接続状態と、の間で切り替える。即ち、接続状態の電池２１ａ〜２１ｃは、一対の端子Ｔ１、Ｔ２間に電気的に接続され、非接続状態の電池２１ａ〜２１ｃは、一対の端子Ｔ１、Ｔ２間から電気的に切り離される。よって、端子Ｔ１、Ｔ２を図示しない充電器又は負荷７に接続すると、接続状態の電池２１ａ〜２１ｃが充電器又は負荷７に接続され、非接続状態の電池２１ａ〜２１ｃが充電器又は負荷７から切り離される。

切替部３１ａは、電池２１ａに直列接続された第１スイッチＳＷ１１ａと、電池２１ａ及び第１スイッチＳＷ１１ａに並列接続された第２スイッチＳＷ１２ａと、から構成されている。第１スイッチＳＷ１１ａは、一端Ｔ１１が電池２１ａの一極（例えば正極）に接続されている。第２スイッチＳＷ１２ａは、一端Ｔ２１が電池２１ａの他極（例えば負極）に接続され、他端Ｔ２２が第１スイッチＳＷ１１ａの他端Ｔ１２に接続されている。切替部３１ｂ、３１ｃについては、上述した切替部３１ａについての説明中の「ａ」を「ｂ」〜「ｃ」にそれぞれ置き換えて説明することができ、詳細な説明を省略する。

また、第１スイッチＳＷ１１ｂの他端Ｔ１２は、電池２１ａの負極に接続され、第１スイッチＳＷ１１ｃの他端Ｔ１２は、電池２１ｂの負極に接続されている。即ち、互いに隣接する電池２１ａ−電池２１ｂ間、電池２１ｂ−電池２１ｃ間にそれぞれ、第１スイッチＳＷ１１ｂ、ＳＷ１１ｃが接続されている。

以上の構成によれば、第２スイッチＳＷ１２ａ〜ＳＷ１２ｃをオフし、第１スイッチＳＷ１１ａ〜ＳＷ１１ｃをオンすると、対応する電池２１ａ〜２１ｃが接続状態となる。また、第１スイッチＳＷ１１ａ〜ＳＷ１１ｃをオフすると対応する電池２１ａ〜２１ｃが非接続状態となる。このとき、第２スイッチＳＷ１２ａ〜ＳＷ１２ｃをオンするとバイパス経路が形成され、接続状態となっている電池２１ａ〜２１ｃのみが端子Ｔ１、Ｔ２間に接続される。

複数の電圧測定部４１ａ〜４１ｃは、複数の電池２１ａ〜２１ｃに各々対応して設けられている。複数の電圧測定部４１ａ〜４１ｃは、対応する電池２１ａ〜２１ｃの両端電圧を測定して、その測定結果を後述する制御部６に対して出力する。

キャパシタ５は、複数の電池２１ａ〜２１ｃに並列接続される。これにより、電池２１ａ〜２１ｃと負荷７との接続が切れると、キャパシタ５から負荷７に給電が行われ、負荷７への給電を継続させることができる。

制御部６は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭから構成され、電池システム１全体の制御を司る。制御部６は、各電池２１ａ〜２１ｃの両端電圧に基づいて切替部３１ａ〜３１ｃを制御する。

次に、上述した構成の電池システム１の放電時の動作について図２を参照して説明する。制御部６は、放電モード指示を受信すると図２に示す放電処理を実行する。まず、制御部６は、全第１スイッチＳＷ１１ａ〜ＳＷ１１ｃ、第２スイッチＳＷ１２ａ〜ＳＷ１２ｃをオフする（ステップＳ１）。その後、制御部６は、全第１スイッチＳＷ１１ａ〜ＳＷ１１ｃをオンする（ステップＳ２）。これにより、電池２１ａ〜２１ｃが接続状態となり、電池２１ａ〜２１ｃが放電可能状態になる。その後、制御部６は、複数の電池２１ａ〜２１ｃの放電を開始する（ステップＳ３）。

その後、制御部６は、電圧測定部４１ａ〜４１ｃにより電池２１ａ〜２１ｃの両端電圧を測定し、電池２１ａ〜２１ｃの両端電圧が放電終止電圧に達したか否かを判定する（ステップＳ４）。放電終止電圧に達した電池２１ａ〜２１ｃがあれば（ステップＳ４でＹ）、制御部６は、全ての電池２１ａ〜２１ｃが放電終止電圧に達したか否かを判定する（ステップＳ５）。全ての電池２１ａ〜２１ｃが放電終止電圧に達していなければ（ステップＳ５でＮ）、制御部６は、放電終止電圧に達した電池２１ａ〜２１ｃに対応する第１スイッチＳＷ１１ａ〜ＳＷ１１ｃをオフした後、第２スイッチＳＷ１２ａ〜ＳＷ１２ｃをオンする（ステップＳ６）。これにより、放電終止電圧に達した電池２１ａ〜２１ｃが接続状態から非接続状態に切り替えられて、放電終止電圧に達した電池２１ａ〜２１ｃがバイパスされる。

ステップＳ６において、第１スイッチＳＷ１１ａ〜ＳＷ１１ｃをオフしてから第２スイッチＳＷ１２ａ〜ＳＷ１２ｃをオンするまでの間、電池２１ａ〜２１ｃと負荷７との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、キャパシタ５により負荷７に対する給電を継続することができる。

これに対して、全ての電池２１ａ〜２１ｃが放電終止電圧に達していれば（ステップＳ５でＹ）、制御部６は、放電を停止して（ステップＳ７）、全第１スイッチＳＷ１１ａ〜ＳＷ１１ｃ、第２スイッチＳＷ１２ａ〜ＳＷ１２ｃをオフする（ステップＳ８）。その後、制御部６は、全第１スイッチＳＷ１１ａ〜ＳＷ１１ｃをオンした後（ステップＳ９）、処理を終了する。

上述した実施形態によれば、キャパシタ５が、複数の電池２１ａ〜２１ｃに並列接続される。これにより、切替部３１ａ〜３１ｃが、電池２１ａ〜２１ｃを接続状態から非接続状態に切り替えると、電池２１ａ〜２１ｃと負荷７との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、キャパシタ５により負荷７に対する給電を継続することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。同図において、上述した第１実施形態で既に説明した図１に示す電池システム１と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第２実施形態では、電池システム１は、互いに並列接続された組電池ＢＰ１と、組電池ＢＰ２と、スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、をさらに備えている。組電池ＢＰ１及びＢＰ２は各々、電池２１ａ〜２１ｃを有している。

本実施形態では説明を簡単にするために、組電池ＢＰ１、ＢＰ２の２系統の組電池を有する電池システム１について説明するが、これに限ったものではない。組電池の数は、３系統以上であってもよい。

スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、組電池ＢＰ１、ＢＰ２毎に設けられ、対応する組電池ＢＰ１、ＢＰ２と負荷７との接続をオンオフする。

次に、上述した構成の電池システム１の放電時の動作について図４を参照して説明する。なお、図４において、上述した第１実施形態で説明した図２と同等のステップについては同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

制御部６は、放電モード指示を受信すると図４に示す放電処理を実行する。まず、制御部６は、第１実施形態と同様にステップＳ１、Ｓ２を実行する。その後、制御部６は、組電池ＢＰ１、ＢＰ２のうち総電圧が高い方のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンし、総電圧が低い方のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフする（ステップＳ１０）。総電圧とは、組電池ＢＰ１、ＢＰ２のうち接続状態となる電池２１ａ〜２１ｃの両端電圧の合計値である。

その後、制御部６は、第１実施形態と同様にステップＳ３〜Ｓ９を実行する。ステップＳ６の実行後、制御部６は、組電池ＢＰ１、ＢＰ２のうち総電圧が低い方のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフし、総電圧が高い方のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンした後（ステップＳ１１）、ステップＳ４に戻る。ステップＳ１１においてオンするスイッチＳＷ１、ＳＷ２を例えばスイッチＳＷ１からスイッチＳＷ２に切り替える場合、制御部６は、スイッチＳＷ１をオフした後、スイッチＳＷ２をオンする。

このため、スイッチＳＷ１をオフしてからスイッチＳＷ２をオンするまで、電池２１ａ〜２１ｃと負荷７との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、キャパシタ５により負荷７に対する給電を継続することができる。

上述した第１、第２実施形態では放電について説明したが、充電時にも同様に電池２１ａ〜２１ｃと図示しない充電器との接続が切れている間、キャパシタ５により電池２１ａ〜２１ｃへの充電を継続することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。同図において、上述した第１実施形態で既に説明した図１に示す電池制御ユニット３と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第３実施形態における電池システム１は、例えば家庭など太陽光発電機８を備えた場所で使用されることを前提としている。

第３実施形態において、電池２１ａ〜２１ｃは、太陽光発電機８及び充電器９から充電される。太陽光発電機８は、太陽光を電力に変換して、電池２１ａ〜２１ｃを充電する。充電器９は、家庭用などのＡＣ電源から電力を得て電池２１ａ〜２１ｃを充電する。

上述した電池システム１によれば、太陽光発電機８から電池２１ａ〜２１ｃへの充電中に、切替部３１ａ〜３１ｃが、電池２１ａ〜２１ｃを接続状態から非接続状態に切り替えると電池２１ａ〜２１ｃと太陽光発電機８との接続が一瞬切れる。このとき、太陽光発電機８の制御に不具合が生じ、出力電圧が高くなる場合があるが、キャパシタ５が太陽光発電機８による充電電流を吸収するため、充電器９に太陽光発電機８からの高電圧が印加されることがなく、充電器９の故障を防止することができる。

なお、上述した第１〜第３実施形態によれば、蓄電装置としてキャパシタ５を用いていたが、これに限ったものではない。蓄電装置としては、電池やコンデンサなどから構成されていてもよい。

ここで、上述した本発明に係る電池制御ユニット及び電池システムの実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］〜［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］
互いに直列接続された複数の電池（２１ａ〜２１ｃ）毎に設けられ、対応する前記電池（２１ａ〜２１ｃ）を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池（２１ａ〜２１ｃ）を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部（３１ａ〜３１ｃ）と、
前記複数の電池（２１ａ〜２１ｃ）に並列接続された蓄電装置（５）と、を備えた、
電池制御ユニット（３）。
［２］
［１］に記載の電池制御ユニット（３）であって、
複数の前記電池（２１ａ〜２１ｃ）から成る組電池（ＢＰ１、ＢＰ２）が、複数並列接続され、
複数の前記組電池（ＢＰ１、ＢＰ２）毎に設けられ、対応する前記組電池（ＢＰ１、ＢＰ２）と該組電池（ＢＰ１、ＢＰ２）に給電される負荷（７）との接続をオンオフするスイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）と、を備えた、
電池制御ユニット（３）。
［３］
［１］又は［２］に記載の電池制御ユニット（３）であって、
前記電池は（２１ａ〜２１ｃ）、太陽光発電機（８）及び充電器（９）から充電される、
電池制御ユニット（３）。
［４］
互いに直列接続された複数の電池（２１ａ〜２１ｃ）と、
複数の前記電池（２１ａ〜２１ｃ）毎に設けられ、対応する前記電池（２１ａ〜２１ｃ）を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池（２１ａ〜２１ｃ）を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部（３１ａ〜３１ｃ）と、
前記複数の電池（２１ａ〜２１ｃ）に並列接続された蓄電装置（５）と、を備えた、
電池システム（１）。

１ 電池システム
３ 電池制御ユニット
５ キャパシタ（蓄電装置）
７ 負荷
２１ａ〜２１ｃ 電池
３１ａ〜３１ｃ 切替部
ＢＰ１、ＢＰ２ 組電池
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ

Claims (4)

1. 互いに直列接続された複数の電池毎に設けられ、対応する前記電池を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部と、
   前記複数の電池に並列接続された蓄電装置と、を備えた、
   電池制御ユニット。
2. 請求項１に記載の電池制御ユニットであって、
   複数の前記電池から成る組電池が、複数並列接続され、
   複数の前記組電池毎に設けられ、対応する前記組電池と該組電池に給電される負荷との接続をオンオフするスイッチと、を備えた、
   電池制御ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の電池制御ユニットであって、
   前記電池は、太陽光発電機及び充電器から充電される、
   電池制御ユニット。
4. 互いに直列接続された複数の電池と、
   複数の前記電池毎に設けられ、対応する前記電池を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部と、
   前記複数の電池に並列接続された蓄電装置と、を備えた、
   電池システム。

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