JP2024008611A - Battery power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池を電源として用いる電池電源装置に関する。 The present invention relates to a battery power supply device that uses a battery as a power source.
従来より、電動自転車、電動工具、電動キャリーカート、電動スーツケース、電動一輪手押し車、電動芝刈機、電動耕運機、及び電動キックボード等、電池パックを脱着可能な種々の電動機器が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Various electric devices with detachable battery packs have been known so far, such as electric bicycles, electric tools, electric carry carts, electric suitcases, electric one-wheel barrows, electric lawn mowers, electric cultivators, and electric kickboards. (For example, see Patent Document 1.).
ところで、電動自転車や電動工具等の電動機器は、常時使用するものではない。そのため、電動機器を使用していない期間は、その電動機器の電池パックや単電池等の二次電池は活用されていない。 By the way, electric devices such as electric bicycles and electric tools are not used all the time. Therefore, during a period when the electric device is not in use, the battery pack or secondary battery such as a single battery of the electric device is not utilized.
本発明の目的は、二次電池を有効活用することが容易な電池電源装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a battery power supply device that makes it easy to effectively utilize a secondary battery.
本発明に係る電池電源装置は、複数の電池ブロックが直列に接続された直列電池モジュールと、前記電池ブロックの脱着に関する制御を行う脱着制御部と、ユーザによる前記電池ブロックの指定を受け付ける操作受付部とを備え、前記各電池ブロックは、二次電池の一方の極と接続可能な第一端子と、前記二次電池の他方の極に接続可能な第二端子と、前記第一及び第二端子に接続される前記二次電池に対して直列に接続される直列スイッチング素子と、前記二次電池と前記直列スイッチング素子とが直列に接続されるブロック内直列回路に対して並列に接続されるバイパススイッチング素子とを含み、前記複数の電池ブロックのうち少なくとも一つは、前記二次電池を脱着可能であり、前記直列電池モジュールは、前記各電池ブロックにおける、前記ブロック内直列回路と前記バイパススイッチング素子との並列回路が直列接続されることによって、前記複数の電池ブロックが直列に接続され、前記脱着制御部は、前記各電池ブロックを、前記バイパススイッチング素子をオフ、前記直列スイッチング素子をオンさせる加入状態と、前記直列スイッチング素子をオフ、前記バイパススイッチング素子をオンさせる離脱状態とに制御可能であり、前記操作受付部により前記電池ブロックの指定が受け付けられたとき、前記指定された電池ブロックを、前記離脱状態とする。 A battery power supply device according to the present invention includes a series battery module in which a plurality of battery blocks are connected in series, an attachment/detachment control section that controls attachment and detachment of the battery blocks, and an operation reception section that accepts designation of the battery blocks by a user. Each of the battery blocks includes a first terminal connectable to one pole of the secondary battery, a second terminal connectable to the other pole of the secondary battery, and the first and second terminals. a series switching element connected in series to the secondary battery connected to the secondary battery; and a bypass connected in parallel to an intra-block series circuit in which the secondary battery and the series switching element are connected in series. a switching element, at least one of the plurality of battery blocks is capable of attaching and detaching the secondary battery, and the series battery module includes the in-block series circuit and the bypass switching element in each of the battery blocks. By connecting parallel circuits in series, the plurality of battery blocks are connected in series, and the attachment/detachment control section controls each of the battery blocks by turning off the bypass switching element and turning on the series switching element. state and a detached state in which the series switching element is turned off and the bypass switching element is turned on, and when the designation of the battery block is accepted by the operation reception unit, the designated battery block is controlled to The above-mentioned detached state is established.
この構成によれば、ユーザが二次電池を取り外したい電池ブロックを操作受付部によって指定すると、その電池ブロックが離脱状態となり、直列スイッチング素子がオフ、バイパススイッチング素子がオンされる。その結果、指定された電池ブロックの二次電池に流れる電流がゼロとなり、ユーザがその二次電池を電池ブロックから取り外して別用途に有効活用することが可能となる。その一方、バイパススイッチング素子がオンされるので、取り外された二次電池以外の残りの二次電池は、直列接続が維持されたままとなる。その結果、残りの二次電池の出力電圧を合計した電圧を出力することが可能となる。これにより、電池電源装置による高電圧出力と、二次電池の有効活用とを両立させることが可能となる。 According to this configuration, when the user specifies the battery block from which the secondary battery is to be removed using the operation receiving unit, the battery block is placed in the detached state, the series switching element is turned off, and the bypass switching element is turned on. As a result, the current flowing through the secondary battery of the designated battery block becomes zero, allowing the user to remove the secondary battery from the battery block and effectively use it for another purpose. On the other hand, since the bypass switching element is turned on, the remaining secondary batteries other than the removed secondary battery remain connected in series. As a result, it becomes possible to output a voltage that is the sum of the output voltages of the remaining secondary batteries. This makes it possible to achieve both high voltage output by the battery power supply device and effective use of the secondary battery.
また、接地するための接地端子をさらに備え、前記複数の電池ブロックのうち少なくとも一つは、前記第一及び第二端子のうちいずれか一方と前記接地端子との間に介設される接地スイッチング素子をさらに含み、前記接地スイッチング素子を含む電池ブロックのブロック内直列回路は、前記二次電池の、前記直列スイッチング素子とは反対側に直列接続される切離スイッチング素子をさらに含み、前記脱着制御部は、前記操作受付部により前記接地スイッチング素子を含む電池ブロックの指定が受け付けられたとき、前記指定された電池ブロックを前記離脱状態とすることにより前記直列スイッチング素子をオフすると共に、さらに前記切離スイッチング素子をオフ、前記接地スイッチング素子をオンすることが好ましい。 The battery block further includes a grounding terminal for grounding, and at least one of the plurality of battery blocks has a grounding switching terminal interposed between one of the first and second terminals and the grounding terminal. The intra-block series circuit of the battery block including the grounding switching element further includes a disconnection switching element connected in series to the side of the secondary battery opposite to the series switching element, When the designation of the battery block including the ground switching element is accepted by the operation reception part, the unit turns off the series switching element by bringing the designated battery block into the detached state, and further turns off the series switching element. It is preferable to turn off the remote switching element and turn on the ground switching element.
この構成によれば、ユーザが二次電池を取り外したい電池ブロックを操作受付部によって指定すると、その電池ブロックが離脱状態となって直列スイッチング素子がオフし、さらに切離スイッチング素子がオフ、接地スイッチング素子がオンする。その結果、指定された二次電池に流れる電流がゼロとなり、かつ二次電池が電気的にフローティング状態となる。この状態で、接地スイッチング素子がオンされる結果、二次電池が接地電位となる。このように、指定された二次電池に流れる電流がゼロとなり、その二次電池が接地電位とされることによって、その二次電池を取り外そうとするユーザの安全性が向上する。 According to this configuration, when the user specifies the battery block from which the secondary battery is to be removed using the operation reception section, the battery block becomes detached, the series switching element is turned off, the disconnection switching element is turned off, and the ground switching element is turned off. The element turns on. As a result, the current flowing through the designated secondary battery becomes zero, and the secondary battery becomes electrically floating. In this state, the ground switching element is turned on, and as a result, the secondary battery becomes at ground potential. In this way, the current flowing through the designated secondary battery becomes zero and the secondary battery is brought to the ground potential, thereby improving the safety of the user who attempts to remove the secondary battery.
また、前記脱着制御部は、前記二次電池が取り外された前記電池ブロックに前記二次電池が取り付けられたとき、さらに、前記二次電池が取り付けられた電池ブロックの、前記接地スイッチング素子をオフ、前記切離スイッチング素子をオンすることが好ましい。 Further, when the secondary battery is attached to the battery block from which the secondary battery has been removed, the attachment/detachment control unit further turns off the grounding switching element of the battery block to which the secondary battery is attached. , it is preferable to turn on the disconnection switching element.
この構成によれば、取り付けられた二次電池が、離脱状態及び加入状態に切り替え可能とされる。 According to this configuration, the attached secondary battery can be switched between the detached state and the joined state.
また、前記脱着制御部は、前記二次電池が取り外された前記電池ブロックに前記二次電池が取り付けられたとき、さらに、前記二次電池が取り付けられた電池ブロックを、前記加入状態とすることが好ましい。 Further, when the secondary battery is attached to the battery block from which the secondary battery has been removed, the attachment/detachment control unit may further set the battery block to which the secondary battery is attached to the joining state. is preferred.
この構成によれば、取り付けられた二次電池の出力電圧が、直列電池モジュールの出力電圧に加えられる。 According to this configuration, the output voltage of the attached secondary battery is added to the output voltage of the series battery module.
また、接地するための接地端子をさらに備え、前記複数の電池ブロックのうち少なくとも一つは、前記二次電池の筐体に接触可能であって、かつ前記接地端子と導通する接触端子をさらに備えることが好ましい。 The battery block further includes a grounding terminal for grounding, and at least one of the plurality of battery blocks further includes a contact terminal that is capable of contacting the casing of the secondary battery and is electrically connected to the grounding terminal. It is preferable.
この構成によれば、二次電池の筐体が接地電位になるので、二次電池を脱着しようとするユーザの安全性が向上する。 According to this configuration, since the casing of the secondary battery is at ground potential, the safety of the user who is trying to attach or detach the secondary battery is improved.
また、前記各電池ブロックの二次電池のSOCを取得するSOC取得部と、前記直列電池モジュールを充電する際に、前記複数の電池ブロックのうち前記二次電池のSOCが100%に満たない電池ブロックを、相対的に前記二次電池のSOCが大きい第一グループと、相対的に前記二次電池のSOCが小さい第二グループとにグルーピングし、前記第一グループの電池ブロックを前記加入状態とし、前記第二グループの電池ブロックを前記離脱状態とすることによって、前記第一グループの電池ブロックを優先的に充電する充電制御部とをさらに備えることが好ましい。 Further, an SOC acquisition unit that acquires the SOC of the secondary battery of each of the battery blocks, and a battery whose SOC of the secondary battery is less than 100% among the plurality of battery blocks when charging the series battery module. The blocks are grouped into a first group in which the SOC of the secondary battery is relatively large and a second group in which the SOC of the secondary battery is relatively small, and the battery blocks of the first group are brought into the joining state. It is preferable to further include a charging control unit that preferentially charges the battery blocks of the first group by bringing the battery blocks of the second group into the detached state.
この構成によれば、相対的にSOCが大きく、すなわち満充電になるまでの時間が短い二次電池が優先的に充電される。その結果、満充電になった二次電池の数が、早く増加するように各二次電池が充電される。満充電の二次電池の数が増加すると、ユーザが電動機器を用いるために二次電池を必要とする場合に、満充電の二次電池を電池電源装置から取り外して用いることが容易となる。その結果、ユーザの利便性が向上する。 According to this configuration, a secondary battery having a relatively large SOC, that is, a secondary battery that takes a short time to reach full charge, is charged preferentially. As a result, each secondary battery is charged so that the number of fully charged secondary batteries increases quickly. When the number of fully charged secondary batteries increases, when a user needs a secondary battery to use an electric device, it becomes easy to remove the fully charged secondary battery from the battery power supply device and use it. As a result, user convenience is improved.
また、前記充電制御部は、前記SOCが100%に満たない電池ブロックのうち最もSOCが大きい電池ブロックを前記第一グループとすることが好ましい。 Further, it is preferable that the charging control unit sets a battery block having the largest SOC among the battery blocks whose SOC is less than 100% as the first group.
この構成によれば、満充電の二次電池を一つ、増加させるまでの時間が最短となる。 According to this configuration, the time required to increase the number of fully charged secondary batteries by one becomes the shortest.
また、前記各電池ブロックの二次電池のSOCを取得するSOC取得部と、前記直列電池モジュールを放電する際に、前記SOCが満充電を示す二次電池を含む前記電池ブロックを前記離脱状態とする放電制御部とをさらに備えることが好ましい。 Further, an SOC acquisition unit that acquires the SOC of the secondary battery of each battery block, and when discharging the series battery module, the battery block including the secondary battery whose SOC indicates a fully charged state is set to the detached state. It is preferable to further include a discharge control section.
この構成によれば、満充電の二次電池は放電されないので、満充電の二次電池の数が、極力多い状態が維持される。満充電の二次電池の数が多いほど、ユーザが電動機器を用いるために二次電池を必要とする場合に、満充電の二次電池を電池電源装置から取り外して用いることが容易となる。その結果、ユーザの利便性が向上する。 According to this configuration, since fully charged secondary batteries are not discharged, the number of fully charged secondary batteries is maintained as large as possible. The greater the number of fully charged secondary batteries, the easier it is to remove and use the fully charged secondary batteries from the battery power supply device when the user needs the secondary batteries to use an electric device. As a result, user convenience is improved.
また、前記各電池ブロックの二次電池のSOCを取得するSOC取得部と、前記各電池ブロックの二次電池のSOCを均等化するように前記各電池ブロックの、前記加入状態と前記離脱状態との切り替えを制御することによって、前記各電池ブロックの充電を制御する充電制御部とをさらに備えることが好ましい。 Further, the SOC acquisition unit acquires the SOC of the secondary batteries of each of the battery blocks, and the joining state and the withdrawal state of each of the battery blocks so as to equalize the SOC of the secondary batteries of each of the battery blocks. It is preferable to further include a charging control section that controls charging of each of the battery blocks by controlling switching of the battery blocks.
この構成によれば、加入状態と離脱状態とを切り替えることによって、各二次電池を選択的に充電することができるので、各二次電池のSOCを均等化することが容易となる。 According to this configuration, each secondary battery can be selectively charged by switching between the joined state and the detached state, so it becomes easy to equalize the SOC of each secondary battery.
また、前記充電制御部は、前記SOCに加えて、前記各電池ブロックの二次電池の温度、現時点から遡って連続して前記各電池ブロックが加入状態とされていた時間である連続通電時間、及び現時点から遡って連続して前記各電池ブロックが離脱状態とされていた時間である連続休止時間のうち少なくとも一つに基づいて、前記各電池ブロックの充電を制御することが好ましい。 In addition to the SOC, the charging control unit also controls the temperature of the secondary battery of each of the battery blocks, the continuous energization time that is the time during which each of the battery blocks was in the joining state continuously from the current time, It is preferable to control the charging of each of the battery blocks based on at least one of the following: and a continuous down time that is a time during which each of the battery blocks was in a detached state consecutively retroactively from the current time.
二次電池の温度が高いと劣化し易くなる。連続通電時間が長いと劣化し易くなる。従って、二次電池の温度又は連続通電時間に基づいて各電池ブロックの充電を制御することにより、二次電池の劣化を低減することが容易となる。また、連続休止時間を考慮することにより、二次電池を定期的に離脱状態とし、開放端電圧を測定可能とすることで、二次電池のSOCを精度よく取得することが容易となる。 If the temperature of the secondary battery is high, it will easily deteriorate. If the continuous energization time is long, it will easily deteriorate. Therefore, by controlling the charging of each battery block based on the temperature of the secondary battery or the continuous energization time, it becomes easy to reduce deterioration of the secondary battery. Further, by taking into account the continuous rest time, the secondary battery is periodically brought into a detached state and the open circuit voltage can be measured, making it easy to accurately obtain the SOC of the secondary battery.
また、前記各電池ブロックの二次電池のSOCを取得するSOC取得部と、前記各電池ブロックの二次電池のSOCを均等化するように前記各電池ブロックの、前記加入状態と前記離脱状態との切り替えを制御することによって、前記各電池ブロックの放電を制御する放電制御部とをさらに備えることが好ましい。 Further, the SOC acquisition unit acquires the SOC of the secondary batteries of each of the battery blocks, and the joining state and the withdrawal state of each of the battery blocks so as to equalize the SOC of the secondary batteries of each of the battery blocks. It is preferable to further include a discharge control section that controls discharge of each of the battery blocks by controlling switching of the battery blocks.
この構成によれば、加入状態と離脱状態とを切り替えることによって、各二次電池を選択的に放電させることができるので、各二次電池のSOCを均等化することが容易となる。 According to this configuration, each secondary battery can be selectively discharged by switching between the joined state and the detached state, so it becomes easy to equalize the SOC of each secondary battery.
また、前記放電制御部は、前記SOCに加えて、前記各電池ブロックの二次電池の温度、現時点から遡って連続して前記各電池ブロックが加入状態とされていた時間である連続通電時間、及び現時点から遡って連続して前記各電池ブロックが離脱状態とされていた時間である連続休止時間のうち少なくとも一つに基づいて、前記各電池ブロックの放電を制御することが好ましい。 In addition to the SOC, the discharge control unit also controls the temperature of the secondary battery of each of the battery blocks, the continuous energization time that is the time during which each of the battery blocks was in the joining state continuously from the current time, It is preferable to control the discharge of each of the battery blocks based on at least one of the following: and a continuous rest time that is a time during which each of the battery blocks was in a detached state consecutively retroactively from the current time.
二次電池の温度が高いと劣化し易くなる。連続通電時間が長いと劣化し易くなる。従って、二次電池の温度又は連続通電時間に基づいて各電池ブロックの放電を制御することにより、二次電池の劣化を低減することが容易となる。また、連続休止時間を考慮することにより、二次電池を定期的に離脱状態とし、開放端電圧を測定可能とすることで、二次電池のSOCを精度よく取得することが容易となる。 If the temperature of the secondary battery is high, it will easily deteriorate. If the continuous energization time is long, it will easily deteriorate. Therefore, by controlling the discharge of each battery block based on the temperature of the secondary battery or the continuous energization time, it becomes easy to reduce deterioration of the secondary battery. Further, by taking into account the continuous rest time, the secondary battery is periodically brought into a detached state and the open circuit voltage can be measured, making it easy to accurately obtain the SOC of the secondary battery.
また、前記複数の電池ブロックのうち少なくとも一つは、前記二次電池の極性を反転させる反転回路をさらに備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that at least one of the plurality of battery blocks further includes an inversion circuit that inverts the polarity of the secondary battery.
この構成によれば、直列接続された複数の電池ブロックの一部を、極性反転させて接続することが可能となる。その結果、直列電池モジュールから得られる電圧の自由度を増大させたり、直列電池モジュール内の電池ブロック間で充電量を移動させたりすることが容易となる。 According to this configuration, it is possible to connect some of the plurality of battery blocks connected in series with their polarities reversed. As a result, it becomes easy to increase the degree of freedom in the voltage obtained from the series battery module and to move the amount of charge between battery blocks within the series battery module.
また、前記各二次電池は、それぞれ、電動機器用の電池パックであることが好ましい。 Further, each of the secondary batteries is preferably a battery pack for electric equipment.
この構成によれば、電動機器用の複数の電池パックを、各電池ブロックに取り付けることによって、複数の電池パックの直列電圧を得ることができるので、電池パックを有効活用することが容易となる。 According to this configuration, by attaching a plurality of battery packs for electric equipment to each battery block, a series voltage of the plurality of battery packs can be obtained, making it easy to effectively utilize the battery packs.
また、複数の前記二次電池をさらに含むことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the battery further includes a plurality of the secondary batteries.
この構成によれば、電池電源装置は複数の二次電池を備える。 According to this configuration, the battery power supply device includes a plurality of secondary batteries.
このような構成の電池電源装置は、二次電池を有効活用することが容易である。 In the battery power supply device having such a configuration, it is easy to effectively utilize the secondary battery.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described based on the drawings. It should be noted that structures given the same reference numerals in each figure indicate the same structure, and the explanation thereof will be omitted.
(第一実施形態) (First embodiment)
図1は、本発明の第一実施形態に係る電池電源装置の構成の一例を示すブロック図である。図1に示す電池電源装置1は、大略的に、直列電池モジュール2と、制御部3と、タッチパネルディスプレイ4(操作受付部)とを備えている。直列電池モジュール2は、複数の電池ブロックBBと、入出力端子TT1,TT2と、接地するための接地端子TEとを備えている。図1に示す例では、直列電池モジュール2は、N個の電池ブロックBBを備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a battery power supply device according to a first embodiment of the present invention. A battery power supply device 1 shown in FIG. 1 roughly includes a
複数の電池ブロックBBは、直列に接続されている。各電池ブロックBBには、高電位側から順に、1からNのブロック番号が付与されている。ブロック番号1の電池ブロックBBを電池ブロックBB1、ブロック番号2の電池ブロックBBを電池ブロックBB2、ブロック番号Nの電池ブロックBBを電池ブロックBBNのように記載する。
The plurality of battery blocks BB are connected in series. Each battery block BB is assigned a block number from 1 to N in order from the high potential side. The battery block BB with block number 1 is written as battery block BB1, the battery block BB with
電池ブロックBBは、二次電池Bの+極(一方の極)と接続可能な第一端子T1と、二次電池Bの-極(他方の極)に接続可能な第二端子T2と、第一端子T1及び第二端子T2に接続される二次電池Bに対して直列に接続される直列スイッチング素子SSと、二次電池Bと直列スイッチング素子SSとが直列に接続されるブロック内直列回路SCに対して並列に接続されるバイパススイッチング素子BSと、二次電池Bの筐体BHに接触可能であって、かつ接地端子TEと導通する接触端子CTとを含む。 The battery block BB has a first terminal T1 connectable to the positive pole (one pole) of the secondary battery B, a second terminal T2 connectable to the negative pole (the other pole) of the secondary battery B, and a second terminal T2 connectable to the negative pole (the other pole) of the secondary battery B. A series switching element SS connected in series to a secondary battery B connected to one terminal T1 and a second terminal T2, and an intra-block series circuit in which the secondary battery B and the series switching element SS are connected in series. It includes a bypass switching element BS connected in parallel to SC, and a contact terminal CT that is capable of contacting a casing BH of a secondary battery B and is electrically connected to a ground terminal TE.
直列スイッチング素子SS及びバイパススイッチング素子BSは、トランジスタ等の半導体スイッチング素子であってもよく、機械式のリレースイッチであってもよい。直列スイッチング素子SS及びバイパススイッチング素子BSは、制御部3からの制御信号に応じてオン、オフする。
The series switching element SS and the bypass switching element BS may be semiconductor switching elements such as transistors, or may be mechanical relay switches. The series switching element SS and the bypass switching element BS are turned on and off according to a control signal from the
ブロック内直列回路SCとバイパススイッチング素子BSとの並列回路の一端をP1、他端をP2とし、電池ブロックBB1の一端P1が入出力端子TT1に接続され、電池ブロックBBNの他端P2が入出力端子TT2に接続されている。電池ブロックBB1~BBNの相互間では、高電位側の電池ブロックBBの他端P2が、低電位側の電池ブロックBBの一端P1に接続されている。 One end of the parallel circuit of the intra-block series circuit SC and the bypass switching element BS is P1, and the other end is P2, one end P1 of the battery block BB1 is connected to the input/output terminal TT1, and the other end P2 of the battery block BBN is the input/output terminal. Connected to terminal TT2. Between the battery blocks BB1 to BBN, the other end P2 of the battery block BB on the high potential side is connected to one end P1 of the battery block BB on the low potential side.
これにより、各電池ブロックBBにおける、ブロック内直列回路SCとバイパススイッチング素子BSとの並列回路が直列接続されることによって、複数の電池ブロックBBが直列に接続されている。入出力端子TT1,TT2は、直列電池モジュール2全体の入出力端子であり、電池電源装置1の入出力端子である。電池電源装置1の放電時は、複数の電池ブロックBBの直列電圧が入出力端子TT1,TT2に出力され、電池電源装置1の充電時は、入出力端子TT1,TT2に印加された充電電圧が複数の電池ブロックBBの直列回路に印加される。
Thereby, the plurality of battery blocks BB are connected in series by connecting the parallel circuits of the intra-block series circuit SC and the bypass switching element BS in series in each battery block BB. The input/output terminals TT1 and TT2 are the input/output terminals of the entire
第一端子T1及び第二端子T2は、例えば接触端子やコネクタ等であり、二次電池Bの+極及び-極と接続可能とされている。これにより、電池ブロックBBは、二次電池Bを脱着可能とされている。以下、電池ブロックBB1の二次電池Bを二次電池B1、電池ブロックBB2の二次電池Bを二次電池B2、電池ブロックBBNの二次電池Bを二次電池BNのように、各電池ブロックBBに取り付けられる二次電池Bにブロック番号を付して記載する場合がある。 The first terminal T1 and the second terminal T2 are, for example, contact terminals or connectors, and are connectable to the + and - poles of the secondary battery B. Thereby, the secondary battery B can be attached to and detached from the battery block BB. Hereinafter, the secondary battery B of battery block BB1 will be referred to as secondary battery B1, the secondary battery B of battery block BB2 will be referred to as secondary battery B2, and the secondary battery B of battery block BBN will be referred to as secondary battery BN. The secondary battery B attached to the BB may be described with a block number attached thereto.
なお、すべての電池ブロックBBが二次電池Bを脱着可能である例に限られず、電池ブロックBB1~BBNのうち少なくとも一つが二次電池Bを脱着可能であればよい。第一端子T1及び第二端子T2は、二次電池Bを接続可能であればよく、電池ブロックBB1~BBNの中に、第一端子T1及び第二端子T2として、固定的に二次電池Bを接続する接続端子を備えた電池ブロックBBが混在していてもよい。 Note that the present invention is not limited to the example in which all battery blocks BB are capable of attaching and detaching the secondary battery B, but it is sufficient that at least one of the battery blocks BB1 to BBN is capable of attaching and detaching the secondary battery B. The first terminal T1 and the second terminal T2 only need to be connectable to the secondary battery B, and are fixedly connected to the secondary battery B as the first terminal T1 and the second terminal T2 in the battery blocks BB1 to BBN. There may be a mixture of battery blocks BB having connection terminals for connecting the battery blocks BB.
二次電池Bは、例えば電動自転車、電動工具、電動キャリーカート、電動スーツケース、電動一輪手押し車、電動芝刈機、電動耕運機、及び電動キックボード等、種々の電動機器に用いられる二次電池の電池パックであってよい。また、複数の二次電池Bには、異なる電動機器の電池パックが混在して含まれていてもよい。また、複数の二次電池Bには、二次電池の単電池が含まれていてもよい。 The secondary battery B is a secondary battery used in various electric devices such as electric bicycles, electric tools, electric carrying carts, electric suitcases, electric one-wheel barrows, electric lawn mowers, electric cultivators, and electric kickboards. It may be a battery pack. Further, the plurality of secondary batteries B may include a mixture of battery packs for different electric devices. Furthermore, the plurality of secondary batteries B may include single cells of secondary batteries.
二次電池Bは、筐体BHを有している。筐体BHは、二次電池Bの+極、-極、及び信号端子等とは絶縁された、二次電池Bの外殻部分である。 Secondary battery B has a housing BH. The housing BH is an outer shell portion of the secondary battery B that is insulated from the + pole, the – pole, the signal terminal, etc. of the secondary battery B.
接触端子CTは、例えば板バネ、コイルバネ、及び電極板等の導電性の接触部材である。接触端子CTは、電池ブロックBBに二次電池Bが取り付けられると、筐体BHに接触するようになっている。接触端子CTは接地端子TEと導通しているので、電池ブロックBBに二次電池Bが取り付けられると、その二次電池Bの筐体BHが、接触端子CT及び接地端子TEを介して接地される。二次電池B2が接地電位とされる結果、電池ブロックBBに対して二次電池Bを脱着しようとするユーザの安全性が向上する。 The contact terminal CT is a conductive contact member such as a leaf spring, a coil spring, or an electrode plate. The contact terminal CT comes into contact with the housing BH when the secondary battery B is attached to the battery block BB. Since the contact terminal CT is electrically connected to the ground terminal TE, when the secondary battery B is attached to the battery block BB, the casing BH of the secondary battery B is grounded via the contact terminal CT and the ground terminal TE. Ru. As a result of setting the secondary battery B2 to the ground potential, the safety of the user attempting to attach or detach the secondary battery B to the battery block BB is improved.
なお、すべての電池ブロックBBが接触端子CTを備える例に限られず、複数の電池ブロックのうち少なくとも一つが接触端子CTを備える構成であってもよい。あるいは、すべての電池ブロックBBが接触端子CTを備えていなくてもよく、電池電源装置1は接地端子TEを備えていなくてもよい。 Note that the configuration is not limited to the example in which all battery blocks BB are provided with contact terminals CT, and at least one of the plurality of battery blocks may be provided with contact terminals CT. Alternatively, all battery blocks BB may not be provided with contact terminals CT, and battery power supply device 1 may not be provided with ground terminal TE.
タッチパネルディスプレイ4は、操作受付部の一例に相当する。タッチパネルディスプレイ4は、少なくとも、電池ブロックBB1~BBNのうちいずれかを指定するユーザにの操作入力を受け付ける。また、タッチパネルディスプレイ4は、制御部3からの制御信号に応じて情報を表示する。なお、操作受付部は、タッチパネルディスプレイに限られず、押しボタンスイッチ等、種々の操作入力装置であってよい。
The
制御部3は、例えば所定の演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置、及びこれらの周辺回路等を用いて構成されている。そして、制御部3は、例えば上述の記憶装置に記憶されたプログラムを実行することによって、脱着制御部31、SOC取得部32、充電制御部33、及び放電制御部34として機能する。
The
脱着制御部31は、各電池ブロックBBを、バイパススイッチング素子BSをオフ、直列スイッチング素子SSをオンさせる加入状態と、直列スイッチング素子SSをオフ、バイパススイッチング素子BSをオンさせる離脱状態とに制御可能である。図1に示す例では、電池ブロックBB1,BB3,BBNが加入状態、電池ブロックBB2が離脱状態とされた場合を例示している。
The attachment/
脱着制御部31は、タッチパネルディスプレイ4により電池ブロックBBの指定が受け付けられたとき、指定された電池ブロックBBを、離脱状態とする。また、脱着制御部31は、二次電池Bが取り外された電池ブロックBBに二次電池Bが取り付けられたとき、二次電池Bが取り付けられた電池ブロックBBを、加入状態とする。
When the designation of the battery block BB is accepted by the
各電池ブロックBBにおける二次電池Bの取り付けの有無は、例えば電池電源装置1が二次電池Bの有無を検出するセンサやスイッチ等の検出部を備えることによって検出されてもよく、ユーザがタッチパネルディスプレイ4を操作して、各電池ブロックBBにおける二次電池Bの取り付けの有無を入力してもよい。脱着制御部31は、これら検出部やタッチパネルディスプレイ4によって得られた情報により、各電池ブロックBBにおける二次電池Bの取り付けの有無を取得することができる。
The presence or absence of the secondary battery B installed in each battery block BB may be detected, for example, by the battery power supply device 1 being provided with a detection unit such as a sensor or a switch that detects the presence or absence of the secondary battery B, and the user using the touch panel The
図2は、図1に示す脱着制御部31による脱着制御の処理の一例を示すフローチャートである。以下、同一の処理には同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a process of attachment/detachment control by the attachment/
例えば、電池ブロックBB1~BBNのすべてに二次電池Bが取り付けられ、電池ブロックBB1~BBNのすべてが加入状態になっていた場合、入出力端子TT1,TT2には、二次電池B1~BNの出力電圧を合計した電圧が出力される。これにより、電池電源装置1は、種々の電動機器に用いられる二次電池Bを有効活用して高電圧を出力することが容易である。 For example, if secondary batteries B are attached to all of battery blocks BB1 to BBN and all of battery blocks BB1 to BBN are in the joining state, the input/output terminals TT1 and TT2 are connected to the secondary batteries B1 to BN. A voltage that is the sum of the output voltages is output. Thereby, the battery power supply device 1 can easily output high voltage by effectively utilizing the secondary battery B used in various electric devices.
そして、脱着制御部31は、タッチパネルディスプレイ4により電池ブロックBBの指定が受け付けられたか否かを確認する(ステップS1)。タッチパネルディスプレイ4により電池ブロックBBの指定が受け付けられた場合(ステップS1でYES)、脱着制御部31は、指定された電池ブロックBBを、離脱状態とし(ステップS2)、再び処理をステップS1へ移行する。
Then, the attachment/
これにより、ユーザが、例えば電動自転車を使いたい場合に、電動自転車用の二次電池Bが取り付けられた電池ブロックBBのブロック番号として、例えば“2”を、タッチパネルディスプレイ4を操作して入力する。そうすると、図1に示すように、脱着制御部31は、指定された電池ブロックBB2の直列スイッチング素子SSをオフ、バイパススイッチング素子BSをオンさせて離脱状態にする(ステップS2)。
As a result, when the user wants to use an electric bicycle, for example, the user operates the
直列スイッチング素子SSがオフされた二次電池B2は、直列電池モジュール2を流れる電流経路から除外され、電池ブロックBB2から二次電池B2を取り外すことが可能となる。一方、電池ブロックBB2のバイパススイッチング素子BSがオンされることによって、二次電池B2を除く二次電池B1,B3~BNは直列接続が維持されたままとなる。その結果、二次電池B1,B3~BNの出力電圧を合計した電圧が入出力端子TT1,TT2に出力されるので、ユーザが所望する二次電池Bを電池電源装置1から取り外し可能としつつ、高電圧を出力することが可能となる。これにより、電池電源装置1による高電圧出力と、二次電池B1~BNの有効活用とを両立させることが可能となる。
The secondary battery B2 with the series switching element SS turned off is excluded from the current path flowing through the
一方、電池ブロックBBの指定が受け付けられていない場合(ステップS1でNO)、脱着制御部31は、二次電池Bが取り外されていた電池ブロックBBに二次電池Bが取り付けられたか否かを確認する(ステップS3)。二次電池Bの取り付けが無ければ(ステップS3でNO)、脱着制御部31は、再び処理をステップS1へ移行する。
On the other hand, if the designation of the battery block BB is not accepted (NO in step S1), the attachment/
一方、二次電池Bが取り外されていた電池ブロックBBに二次電池Bが取り付けられた場合(ステップS3でYES)、脱着制御部31は、二次電池Bが取り付けられた電池ブロックBBのバイパススイッチング素子BSをオフ、直列スイッチング素子SSをオンさせることにより加入状態とし(ステップS4)、再び処理をステップS1へ移行する。
On the other hand, when the secondary battery B is attached to the battery block BB from which the secondary battery B was removed (YES in step S3), the attachment/
これにより、ユーザが電動自転車等の電動機器を使い終わった後、使用していない電動機器の二次電池Bを直列電池モジュール2に取り付けることによって、その二次電池Bが他の二次電池Bと直列接続され、新たに取り付けられた二次電池Bの出力電圧が入出力端子TT1,TT2の出力電圧に加算される。これにより、使用していない電動機器の二次電池Bを有効活用することが可能となる。また、後述するように、直列電池モジュール2に取り付けられた二次電池Bを充電することも可能となる。
As a result, after the user finishes using an electric device such as an electric bicycle, by attaching the secondary battery B of the unused electric device to the
SOC取得部32は、各電池ブロックBBの二次電池BのSOC(State Of Charge)を取得する。具体的には、例えば二次電池B1~BNの、開放端電圧と、SOCとの関係を示す開放端電圧-SOC特性テーブルを上述の記憶装置に予め記憶しておき、電池電源装置1は、二次電池B1~BNの端子電圧をそれぞれ検出する図略の電圧検出部を備えていてもよい。
The
そして、SOC取得部32は、離脱状態、すなわち直列スイッチング素子SSがオフ、バイパススイッチング素子BSがオンされた電池ブロックBBの二次電池Bから電圧検出部によって検出された端子電圧、すなわち開放端電圧を取得し、開放端電圧-SOC特性テーブルによってその開放端電圧と対応付けられているSOCを、その二次電池BのSOCとして取得してもよい。
Then, the
また、例えば二次電池B1~BNの満充電容量を上述の記憶装置に予め記憶しておき、電池電源装置1は、直列電池モジュール2に流れる電流を検出する図略の電流検出部を備えていてもよい。
Further, for example, the full charge capacity of the secondary batteries B1 to BN is stored in advance in the above-mentioned storage device, and the battery power supply device 1 is equipped with a current detection section (not shown) that detects the current flowing through the
そして、SOC取得部32は、例えば加入状態、すなわちバイパススイッチング素子BSがオフ、直列スイッチング素子SSがオンされた電池ブロックBBの二次電池Bを処理対象として、電流検出部により検出された電流値を、充電方向の電流値をプラス、放電方向の電流値をマイナスとして積算する。そして、SOC取得部32は、処理対象の二次電池Bの満充電容量に対する、電流値を積算して得られた電荷量の比率から処理対象の二次電池BのSOCを算出してもよい。
Then, the
充電制御部33は、直列電池モジュール2を充電する際に、複数の電池ブロックBB1~BBNのうちSOCが100%に満たない電池ブロックBBを、相対的に二次電池BのSOCが大きい第一グループG1と、二次電池BのSOCが小さい第二グループG2とにグルーピングする。そして、充電制御部33は、SOCが大きい第一グループG1の電池ブロックBBを加入状態とし、SOCが小さい第二グループG2の電池ブロックBBを離脱状態とすることによって、SOCが大きい第一グループG1の電池ブロックBBの二次電池Bを優先的に充電する。
When charging the
第一グループG1にグルーピングされる電池ブロックBBの数は一つであってもよく、第二グループG2にグルーピングされる電池ブロックBBの数は一つであってもよい。 The number of battery blocks BB grouped into the first group G1 may be one, and the number of battery blocks BB grouped into the second group G2 may be one.
図3は、図1に示す充電制御部33による充電制御の処理の一例を示すフローチャートである。直列電池モジュール2を充電する際は、例えばユーザが図略の充電装置を入出力端子TT1,TT2に接続してもよく、例えばユーザがタッチパネルディスプレイ4を操作して充電を指示することによって、充電制御部33が図略の充電装置を入出力端子TT1,TT2に接続してもよい。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of charging control processing by the charging
例えば、電池電源装置1を電気自動車に取り付けて使用している場合、充電スタンドが充電装置に相当し、充電スタンドから電気自動車へ供給された充電電圧が、入出力端子TT1,TT2に印加される。 For example, when the battery power supply device 1 is attached to an electric vehicle and used, the charging stand corresponds to a charging device, and the charging voltage supplied from the charging stand to the electric vehicle is applied to the input/output terminals TT1 and TT2. .
充電制御部33は、例えばユーザによるタッチパネルディスプレイ4の入力操作により充電制御の処理を開始してもよく、例えば入出力端子TT1,TT2に充電装置が接続されたことを自動的に検出して充電制御の処理を開始してもよく、外部からの制御信号に応じて充電制御の処理を開始してもよい。
The charging
まず、SOC取得部32は、各二次電池B1~BNのSOCを取得する(ステップS11)。なお、説明の便宜上、充電制御の処理の1ステップとしてステップS11を記載したが、SOC取得部32によるSOCの取得処理は、充電及び放電と並行して常時実行され、各二次電池B1~BNのSOCは常時更新される。
First, the
次に、充電制御部33は、複数の電池ブロックBB1~BBNを、二次電池BのSOCが100%のグループAと、二次電池BのSOCが100%未満のグループGとにグルーピングする(ステップS12)。
Next, the charging
次に、充電制御部33は、SOCが100%未満のグループGの電池ブロックBBを、相対的に二次電池BのSOCが大きい第一グループG1と、相対的に二次電池BのSOCが小さい第二グループG2とにグルーピングする(ステップS13)。
Next, the charging
例えば、充電制御部33は、グループGの電池ブロックBBのうち、SOCの大きいものから順に所定の設定個数の電池ブロックBBを第一グループG1とし、残りの電池ブロックBBを第二グループG2としてもよい。設定個数は、例えばユーザがタッチパネルディスプレイ4を操作するなどして適宜設定することができる。また、設定個数は1個であってもよい。この場合、グループGの電池ブロックBBのうち、最もSOCの大きい電池ブロックBBのみが第一グループG1となる。
For example, the charging
次に、充電制御部33は、第一グループG1の電池ブロックBBを加入状態とし、第二グループG2及びグループAの電池ブロックBBを離脱状態とすることによって、第一グループG1の電池ブロックBBを充電する(ステップS14)。
Next, the charging
ステップS11~S14により、相対的にSOCが大きく、すなわち満充電になるまでの時間が短い二次電池Bが、優先的に充電される。その結果、満充電になった二次電池Bの数が、早く増加するように各二次電池B1~BNが充電される。満充電の二次電池Bの数が増加すると、ユーザが電動機器を用いるために二次電池Bを必要とする場合に、満充電の二次電池Bを電池電源装置1から取り外して用いることが容易となる。その結果、ユーザの利便性が向上する。 Through steps S11 to S14, secondary battery B, which has a relatively large SOC, that is, takes a short time to reach full charge, is charged preferentially. As a result, each of the secondary batteries B1 to BN is charged so that the number of fully charged secondary batteries B quickly increases. When the number of fully charged secondary batteries B increases, when a user needs the secondary batteries B to use an electric device, the fully charged secondary batteries B can be removed from the battery power supply device 1 and used. It becomes easier. As a result, user convenience is improved.
以後、充電装置による充電が継続している期間中、ステップS11~S14が繰り返され、二次電池B1~BNが順次充電される。 Thereafter, steps S11 to S14 are repeated while the charging device continues charging, and the secondary batteries B1 to BN are sequentially charged.
放電制御部34は、直列電池モジュール2を放電する際に、SOCが満充電を示す二次電池Bを含む電池ブロックBBを離脱状態とする。
When discharging the
図4は、図1に示す放電制御部34による放電制御の処理の一例を示すフローチャートである。直列電池モジュール2を放電させる際は、例えばユーザが図略の負荷装置を入出力端子TT1,TT2に接続してもよく、例えばユーザがタッチパネルディスプレイ4を操作して放電を指示することによって、充電制御部33が図略の負荷装置を入出力端子TT1,TT2に接続してもよい。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of discharge control processing by the
例えば、電池電源装置1を電気自動車に取り付けて使用している場合、電気自動車の駆動モータ等が負荷装置に相当し、電気自動車側の制御により入出力端子TT1,TT2が負荷装置に接続されてもよい。 For example, when the battery power supply device 1 is attached to an electric vehicle and used, the drive motor of the electric vehicle corresponds to the load device, and the input/output terminals TT1 and TT2 are connected to the load device under the control of the electric vehicle. Good too.
放電制御部34は、例えばユーザによるタッチパネルディスプレイ4の入力操作により放電制御の処理を開始してもよく、例えば入出力端子TT1,TT2に負荷装置が接続されたことを自動的に検出して放電制御の処理を開始してもよく、外部からの制御信号に応じて放電制御の処理を開始してもよい。
The
まず、上述と同様のステップS11によって、各二次電池B1~BNのSOCが取得される。次に、上述と同様のステップS12を放電制御部34が実行することによって、電池ブロックBB1~BBNが、SOCが100%のグループAと、SOCが100%未満のグループGとにグルーピングされる。
First, in step S11 similar to that described above, the SOC of each secondary battery B1 to BN is obtained. Next, the
充電制御部33と放電制御部34とは、一体に構成されていてもよく、ステップS12は、充電制御部33が実行してもよく、放電制御部34が実行してもよい。
The charging
次に、放電制御部34は、グループGの電池ブロックBBを加入状態、グループAの電池ブロックBBを離脱状態とすることによって、グループGの電池ブロックBBを放電させる(ステップS21)。以後、直列電池モジュール2の放電が継続している期間中、ステップS11~S21が繰り返され、グループGの電池ブロックBBが放電する。
Next, the
ステップS11~S21の処理によれば、満充電の二次電池Bは放電されないので、満充電の二次電池Bの数が、極力多い状態が維持される。満充電の二次電池Bの数が多いほど、ユーザが電動機器を用いるために二次電池Bを必要とする場合に、満充電の二次電池Bを電池電源装置1から取り外して用いることが容易となる。その結果、ユーザの利便性が向上する。 According to the processing in steps S11 to S21, fully charged secondary batteries B are not discharged, so that the number of fully charged secondary batteries B is maintained as large as possible. The larger the number of fully charged secondary batteries B, the more fully charged secondary batteries B can be removed from the battery power supply device 1 and used when the user needs the secondary batteries B to use an electric device. It becomes easier. As a result, user convenience is improved.
なお、放電制御部34は、ステップS21において、グループAの電池ブロックBBを離脱状態とすればよく、必ずしもグループGのすべての電池ブロックBBを加入状態とする必要はない。放電制御部34は、入出力端子TT1,TT2間に、所望の電圧が得られるように、グループGの中から電池ブロックBBを選択して加入状態とし、残りの電池ブロックBBを離脱状態としてもよい。
Note that, in step S21, the
なお、電池電源装置1は、放電制御部34を備えていなくてもよく、充電制御部33を備えていなくてもよく、SOC取得部32を備えていなくてもよい。
Note that the battery power supply device 1 does not need to include the
図5は、直列電池モジュール2の変形例を示す概念的な回路図である。図5に示す直列電池モジュール2aは、電池ブロックBBの代わりに電池ブロックBBaを備える。図5に示す電池ブロックBBaは、電池ブロックBBに加えて、二次電池Bの極性を反転させる反転回路RCをさらに備えている。反転回路RCは、例えば反転スイッチング素子SR1,SR2の直列回路を用いて構成されている。
FIG. 5 is a conceptual circuit diagram showing a modification of the
反転スイッチング素子SR1の一端は他端P2と接続され、反転スイッチング素子SR1の他端は反転スイッチング素子SR2の一端と接続されている。反転スイッチング素子SR2の他端は、第一端子T1と直列スイッチング素子SSとの接続点に接続されている。 One end of the reversing switching element SR1 is connected to the other end P2, and the other end of the reversing switching element SR1 is connected to one end of the reversing switching element SR2. The other end of the inverting switching element SR2 is connected to a connection point between the first terminal T1 and the series switching element SS.
そして、反転スイッチング素子SR1と反転スイッチング素子SR2の接続点P3が、自ブロックよりも低電位側に隣接する他の電池ブロックBBaの、一端P1に接続されている。一端P1と接続点P3とが、各電池ブロックBBaの入出力端子となる。 A connection point P3 between the inverting switching element SR1 and the inverting switching element SR2 is connected to one end P1 of another battery block BBa adjacent to the lower potential side than the own block. One end P1 and the connection point P3 become input/output terminals of each battery block BBa.
電池ブロックBBaにおいては、各電池ブロックBBにおける、ブロック内直列回路SCとバイパススイッチング素子BSとの並列回路が、反転スイッチング素子SR1を介して直列接続されることによって、複数の電池ブロックBBaが直列に接続されている。 In battery block BBa, a plurality of battery blocks BBa are connected in series by connecting a parallel circuit of an intra-block series circuit SC and a bypass switching element BS in series via an inverting switching element SR1 in each battery block BB. It is connected.
反転スイッチング素子SR1,SR2は、トランジスタ等の半導体スイッチング素子であってもよく、機械式のリレースイッチであってもよい。反転スイッチング素子SR1,SR2は、制御部3からの制御信号に応じてオン、オフする。
The reversing switching elements SR1 and SR2 may be semiconductor switching elements such as transistors, or may be mechanical relay switches. The inverting switching elements SR1 and SR2 are turned on and off according to a control signal from the
電池ブロックBBaは、上述の加入状態及び離脱状態に加えて、反転回路RCによって二次電池Bの極性を反転させた反転状態とすることができる。図5に示す例では、電池ブロックBB1aが加入状態、電池ブロックBB2aが離脱状態、電池ブロックBB3aが反転状態を示している。 In addition to the joining state and the leaving state described above, the battery block BBa can be put into an inverted state in which the polarity of the secondary battery B is inverted by the inverting circuit RC. In the example shown in FIG. 5, battery block BB1a is in the joined state, battery block BB2a is in the detached state, and battery block BB3a is in the reversed state.
電池ブロックBBaを用いた場合、加入状態では、直列スイッチング素子SS及び反転スイッチング素子SR1がオン、バイパススイッチング素子BS及び反転スイッチング素子SR2がオフする。離脱状態では、バイパススイッチング素子BS及び反転スイッチング素子SR1がオン、直列スイッチング素子SS及び反転スイッチング素子SR2がオフする。反転状態では、バイパススイッチング素子BS及び反転スイッチング素子SR2がオン、直列スイッチング素子SS及び反転スイッチング素子SR1がオフする。なお、離脱状態では、バイパススイッチング素子BS及び反転スイッチング素子SR1をオフ、直列スイッチング素子SS及び反転スイッチング素子SR2をオンさせてもよい。 When the battery block BBa is used, in the joining state, the series switching element SS and the inverting switching element SR1 are turned on, and the bypass switching element BS and the inverting switching element SR2 are turned off. In the detached state, the bypass switching element BS and the reversing switching element SR1 are turned on, and the series switching element SS and the reversing switching element SR2 are turned off. In the inverted state, the bypass switching element BS and the inverted switching element SR2 are turned on, and the series switching element SS and the inverted switching element SR1 are turned off. Note that in the detached state, the bypass switching element BS and the inversion switching element SR1 may be turned off, and the series switching element SS and the inversion switching element SR2 may be turned on.
すなわち、電池ブロックBBaを用いた場合、ステップS2,S4,S14,S21、及び後述のステップS37,S44,S2b,S4bにおいて、上述のように加入状態及び離脱状態における反転スイッチング素子SR1,SR2をオン、オフさせればよい。 That is, when the battery block BBa is used, in steps S2, S4, S14, S21, and steps S37, S44, S2b, and S4b described later, the inverting switching elements SR1 and SR2 in the joining state and the leaving state are turned on as described above. , just turn it off.
また、入出力端子TT1,TT2間の出力電圧、すなわち直列電池モジュール2aの出力電圧は、加入状態の電池ブロックBBaの出力電圧の合計から、反転状態の電池ブロックBBaの出力電圧を差し引いた電圧となる。従って、直列電池モジュール2aを用いた場合、放電制御部34は、ステップS21において、グループGの電池ブロックBBaを、加入状態、反転状態、及び離脱状態の三つの状態に制御することによって、直列電池モジュール2aの出力電圧を制御する自由度が増大する。
Furthermore, the output voltage between the input/output terminals TT1 and TT2, that is, the output voltage of the
なお、電池電源装置1において、複数の電池ブロックのうち少なくとも一つが反転回路RCを備えていればよく、直列電池モジュールは、電池ブロックBBと電池ブロックBBaとが混在して直列接続されたものであってよい。 In the battery power supply device 1, at least one of the plurality of battery blocks only needs to be provided with an inverting circuit RC, and the series battery module is one in which battery blocks BB and battery blocks BBa are mixed and connected in series. It's good.
(第二実施形態) (Second embodiment)
次に、本発明の第二実施形態に係る電池電源装置1aについて説明する。図6は、本発明の第二実施形態に係る電池電源装置1aの構成の一例を示すブロック図である。電池電源装置1aは、電池電源装置1とは、二次電池B1~BNの温度T(1)~T(N)を測定する図略の温度センサを備えている点と、制御部3aとが異なる。
Next, a battery
制御部3aは、制御部3とは、さらに温度取得部35、連続通電時間取得部36、及び連続休止時間取得部37として機能する点と、充電制御部33a及び放電制御部34aの動作とが異なる。
The control unit 3a is different from the
その他の構成は電池電源装置1と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な点について説明する。 Since the other configurations are the same as those of the battery power supply device 1, the explanation thereof will be omitted, and the characteristic points of this embodiment will be explained below.
温度取得部35は、各電池ブロックBBの温度センサで測定された温度T(1)~T(N)を取得する。以下、温度T(1)~T(N)を総称して温度Tと称する。
The
連続通電時間取得部36は、電池ブロックBB1~BBNの連続通電時間Pc(1)~Pc(N)を取得する。以下、連続通電時間Pc(1)~Pc(N)を総称して連続通電時間Pcと称する。
Continuous energization
連続通電時間Pc(1)~Pc(N)は、現時点を基準にして、現時点から遡って連続して、電池ブロックBB1~BBNが加入状態とされていた時間である。連続通電時間取得部36は、電池ブロックBB1~BBNが連続して加入状態となっている時間をそれぞれ計時することによって、連続通電時間Pc(1)~Pc(N)を取得することができる。
The continuous energization times Pc(1) to Pc(N) are the times during which the battery blocks BB1 to BBN were in the joined state consecutively, starting from the current time as a reference. The continuous energization
連続休止時間取得部37は、電池ブロックBB1~BBNの連続休止時間Pd(1)~Pd(N)を取得する。以下、連続休止時間Pd(1)~Pd(N)を総称して連続休止時間Pdと称する。
The continuous down
連続休止時間Pd(1)~Pd(N)は、現時点を基準にして、現時点から遡って連続して、電池ブロックBB1~BBNが離脱状態とされていた時間である。連続休止時間取得部37は、電池ブロックBB1~BBNが連続して離脱状態となっている時間をそれぞれ計時することによって、連続休止時間Pd(1)~Pd(N)を取得することができる。
The continuous downtime Pd(1) to Pd(N) is the time during which the battery blocks BB1 to BBN were in the detached state continuously, starting from the current time as a reference. The continuous down
充電制御部33aは、各電池ブロックBBの二次電池BのSOCを均等化するように、各電池ブロックBBの、加入状態と離脱状態との切り替えを制御することによって、各電池ブロックBBの充電を制御する。
The charging
放電制御部34aは、各電池ブロックBBの二次電池BのSOCを均等化するように、各電池ブロックBBの、加入状態と離脱状態との切り替えを制御することによって、各電池ブロックBBの放電を制御する。
The
図7は、図6に示す充電制御部33aによる充電制御の処理の一例を示すフローチャートである。充電処理は、充電制御部33の場合と同様に開始することができる。まず、上述と同様のステップS11によって、各二次電池B1~BNのSOC(1)~SOC(N)が取得される。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of charging control processing by the charging
二次電池B1のSOCをSOC(1)、二次電池B2のSOCをSOC(2)、二次電池BNのSOCをSOC(N)のように、対応するブロック番号を括弧書きで記載する。同様に、温度T、連続通電時間Pc、連続休止時間Pdについても、対応する電池ブロックBB及び二次電池Bのブロック番号を括弧書きで示している。 The corresponding block numbers are written in parentheses, such as SOC(1) for the SOC of the secondary battery B1, SOC(2) for the SOC of the secondary battery B2, and SOC(N) for the SOC of the secondary battery BN. Similarly, for temperature T, continuous energization time Pc, and continuous downtime Pd, the block numbers of the corresponding battery block BB and secondary battery B are shown in parentheses.
次に、温度取得部35は、各二次電池B1~BNの温度T(1)~T(N)を取得する(ステップS31)。ステップS31は、他の処理と並行して常時実行される。
Next, the
次に、連続通電時間取得部36は、電池ブロックBB1~BBNの連続通電時間Pc(1)~Pc(N)を取得する(ステップS32)。ステップS32は、他の処理と並行して常時実行される。
Next, the continuous energization
次に、連続休止時間取得部37は、電池ブロックBB1~BBNの連続休止時間Pd(1)~Pd(N)を取得する(ステップS33)。連続休止時間取得部37は、連続休止時間Pdが予め設定された上限時間、例えば60秒を超えた場合、連続休止時間Pdをゼロに初期化する。ステップS33は、他の処理と並行して常時実行される。
Next, the continuous down
次に、充電制御部33aは、SOC(1)~SOC(N)、温度T(1)~T(N)、連続通電時間Pc(1)~Pc(N)、及び連続休止時間Pd(1)~Pd(N)に基づいて、電池ブロックBB1~BBNの充電指標Cc(1)~Cc(N)を算出する(ステップS34)。以下、充電指標Cc(1)~Cc(N)を総称して、充電指標Ccと称する。
Next, the charging
ブロック番号をiとすると、電池ブロックBBiの充電指標Cc(i)は、下記の式(1)で表される。 When the block number is i, the charge index Cc(i) of battery block BBi is expressed by the following equation (1).
充電指標Cc(i)=KsSOC(i)+KtT(i)+KcPc(i)+KdPd(i) ・・・(1) Charging index Cc (i) = KsSOC (i) + KtT (i) + KcPc (i) + KdPd (i) ... (1)
但し、SOC(i)は二次電池BiのSOC、T(i)は二次電池Biの温度、Pc(i)は電池ブロックBBiの連続通電時間、Pd(i)は電池ブロックBBiの連続休止時間である。また、KsはSOCの係数、Ktは温度Tの係数、Kcは連続通電時間Pcの係数、Kdは連続休止時間Pdの係数である。 However, SOC(i) is the SOC of the secondary battery Bi, T(i) is the temperature of the secondary battery Bi, Pc(i) is the continuous energization time of the battery block BBi, and Pd(i) is the continuous cessation of the battery block BBi. It's time. Further, Ks is a coefficient of SOC, Kt is a coefficient of temperature T, Kc is a coefficient of continuous energization time Pc, and Kd is a coefficient of continuous quiescent time Pd.
係数Ks,Kt,Kc,Kdは、例えばKs=Ds/Ns、Kt=Dt/Nt、Kc=Dc/Nc、Kd=Dd/Ndとすることができる。Ns,Nt,Nc,Ndは、正規化数であり、SOC、温度T、連続通電時間Pc、及び連続休止時間Pdの標準的な値を用いることができる。 The coefficients Ks, Kt, Kc, and Kd can be set to, for example, Ks=Ds/Ns, Kt=Dt/Nt, Kc=Dc/Nc, and Kd=Dd/Nd. Ns, Nt, Nc, and Nd are normalized numbers, and standard values of SOC, temperature T, continuous energization time Pc, and continuous quiescent time Pd can be used.
例えば、SOCの0~100%に対応して、Nsは0~100の値とすることができる。温度Tの-10℃~50℃に対応して、Ntは-10~50とすることができる。連続通電時間Pc、及び連続休止時間Pdについては、充電制御部33a内部での時間のデータ処理方法に応じて、例えば1msecを「1」、1secを「1000」として内部処理している場合、Nc,Ndを1000とすることができる。
For example, Ns can have a value of 0 to 100, corresponding to 0 to 100% of the SOC. Corresponding to the temperature T of -10°C to 50°C, Nt can be set to -10 to 50. Continuous energization time Pc and continuous quiescent time Pd are internally processed depending on the time data processing method within the charging
Ds,Dt,Dc,Ddは、重み付け数であり、SOC、温度T、連続通電時間Pc、及び連続休止時間Pdの各項目に対して、影響を大きくしたい項目の重み付け数を大きく、影響を小さくしたい項目の重み付け数を小さくすることによって、充電指標Ccを、SOC、温度T、連続通電時間Pc、及び連続休止時間Pdがバランスよく反映された指標とすることができる。 Ds, Dt, Dc, and Dd are weighting numbers, and for each item of SOC, temperature T, continuous energization time Pc, and continuous down time Pd, increase the weighting number for the item that you want to have a large influence on, and reduce the influence. By reducing the weighting number of the desired item, the charging index Cc can be made into an index that reflects the SOC, temperature T, continuous energization time Pc, and continuous down time Pd in a well-balanced manner.
係数Ks,Kt,Kc,Kd、重み付け数Ds,Dt,Dc,Dd、及び正規化数Ns,Nt,Nc,Ndは、例えば実験的に適宜設定してもよい。 The coefficients Ks, Kt, Kc, and Kd, the weighting numbers Ds, Dt, Dc, and Dd, and the normalization numbers Ns, Nt, Nc, and Nd may be appropriately set, for example, experimentally.
次に、充電制御部33aは、複数の電池ブロックBB1~BBNを、二次電池BのSOCが100%の、充電できないグループAと、二次電池BのSOCが100%未満の充電可能なグループGとにグルーピングする(ステップS35)。
Next, the charging
次に、充電制御部33aは、SOCが100%未満のグループGの電池ブロックBBを、相対的に充電指標Ccが小さい第一グループG1と、相対的に充電指標Ccが大きい第二グループG2とにグルーピングする(ステップS36)。具体的には、充電制御部33aは、グループGの電池ブロックBBのうち、充電指標Ccの小さいものから順に所定の設定個数の電池ブロックBBを第一グループG1とし、残りの電池ブロックBBを第二グループG2としてもよい。設定個数は、上述と同様、適宜設定することができる。設定個数を1個として、充電制御部33aは、グループGの電池ブロックBBのうち、最も充電指標Ccの小さい電池ブロックBBのみを第一グループG1としてもよい。
Next, the charging
次に、充電制御部33aは、第一グループG1の電池ブロックBBを加入状態とし、第二グループG2及びグループAの電池ブロックBBを離脱状態とすることによって、第一グループG1の電池ブロックBBを充電する(ステップS37)。
Next, the charging
以上、ステップS34~S37によって、充電制御部33aは、SOCに加えて、温度T(1)~T(N)、連続通電時間Pc(1)~Pc(N)、及び連続休止時間Pd(1)~Pd(N)に基づいて、各電池ブロックBBの充電を制御することができる。
As described above, in steps S34 to S37, the charging
充電指標Ccは、KsSOCの項を含むので、SOCが大きいほど大きく、SOCが小さいほど小さくなる。従って、ステップS37で、相対的に充電指標Ccが小さい第一グループG1の電池ブロックBBを加入状態として充電することは、基本的に、SOCが相対的に小さな電池ブロックBBを充電することになる。 Since the charging index Cc includes the term KsSOC, the larger the SOC is, the larger the charging index Cc is, and the smaller the SOC is, the smaller the charging index Cc is. Therefore, in step S37, charging the battery block BB of the first group G1 with a relatively small charging index Cc in the joining state basically means charging the battery block BB with a relatively small SOC. .
従って、ステップS34~S37によれば、充電制御部33aは、各電池ブロックBBの二次電池BのSOCを均等化するように各電池ブロックBBの、加入状態と離脱状態との切り替えを制御することによって、各電池ブロックBBの充電を制御することができる。
Therefore, according to steps S34 to S37, the charging
さらに、充電指標Ccは、+KtTの項を含むので、温度Tが高いほど大きく、温度Tが低いほど小さくなる。従って、充電指標Ccが相対的に小さな電池ブロックBBを充電することによって、上述のSOCに加えて、温度Tが相対的に低い電池ブロックBBが充電され易くなる。温度Tが高い二次電池Bは劣化し易く、温度Tが低い二次電池Bは劣化し難い。 Furthermore, since the charge index Cc includes the term +KtT, the higher the temperature T is, the larger it becomes, and the lower the temperature T is, the smaller it becomes. Therefore, by charging the battery block BB with a relatively small charging index Cc, in addition to the above-mentioned SOC, the battery block BB with a relatively low temperature T is easily charged. The secondary battery B whose temperature T is high is easily deteriorated, and the secondary battery B whose temperature T is low is difficult to deteriorate.
従って、ステップS34~S37によれば、充電制御部33aは、各電池ブロックBBの二次電池BのSOCを均等化しつつ、相対的に劣化し難い二次電池Bを優先的に充電することができるので、各二次電池Bの劣化を低減することが容易となる。
Therefore, according to steps S34 to S37, the charging
さらに、充電指標Ccは、+KcPcの項を含むので、連続通電時間Pcが長いほど大きく、連続通電時間Pcが短いほど小さくなる。従って、充電指標Ccが相対的に小さな電池ブロックBBを充電することによって、上述のSOCに加えて、連続通電時間Pcが相対的に短い電池ブロックBBが充電され易くなる。 Furthermore, since the charging index Cc includes the term +KcPc, the longer the continuous energization time Pc is, the larger it becomes, and the shorter the continuous energization time Pc is, the smaller it becomes. Therefore, by charging the battery block BB with a relatively small charging index Cc, in addition to the above-mentioned SOC, it becomes easier to charge the battery block BB with a relatively short continuous energization time Pc.
連続通電時間Pcが長い二次電池Bは劣化し易く、連続通電時間Pcが短い二次電池Bは劣化し難くなる。従って、ステップS34~S37によれば、充電制御部33aは、各電池ブロックBBの二次電池BのSOCを均等化しつつ、相対的に劣化し難い二次電池Bを優先的に充電することができるので、各二次電池Bの劣化を低減することが容易となる。
A secondary battery B with a long continuous energization time Pc is easily deteriorated, and a secondary battery B with a short continuous energization time Pc is difficult to deteriorate. Therefore, according to steps S34 to S37, the charging
上述したように、SOC取得部32は、離脱状態の二次電池Bの端子電圧、すなわち開放端電圧から二次電池BのSOCを取得する方法と、充放電電流の積算により間接的に二次電池BのSOCを取得する方法とを用いることができる。開放端電圧から直接得られたSOCは、充放電電流の積算により間接的に得られたSOCよりも精度が高い。
As described above, the
式(1)に示す充電指標Cc(i)のKdPd(i)の項によれば、開放端電圧から直接SOCを取得可能な離脱状態にある電池ブロックBBについて、離脱状態が継続している連続休止時間Pdが長いほど充電指標Cc(i)が大きくなり、従って充電されにくくなる。そして、連続休止時間Pdが上述の上限時間を超えた場合、連続休止時間Pdはゼロとなり、充電され易くなる。 According to the term KdPd(i) of the charging index Cc(i) shown in equation (1), for battery block BB in a detached state where the SOC can be directly obtained from the open circuit voltage, the continuous detached state continues. The longer the pause time Pd is, the larger the charging index Cc(i) becomes, and therefore the more difficult it is to be charged. If the continuous pause time Pd exceeds the above-mentioned upper limit time, the continuous pause time Pd becomes zero, making it easier to charge.
従って、充電指標Cc(i)のKdPd(i)以外の項の影響がなければ、電池ブロックBB1~BBNのうち、離脱状態とされて開放端電圧から直接高精度のSOCが得られる電池ブロックBBが、ローテーションされることとなる。その結果、充電指標Cc(i)がKdPd(i)の項を含むことによって、SOC取得部32によるSOC(1)~SOC(N)の取得精度が向上することになる。
Therefore, if there is no influence of terms other than KdPd(i) of charge index Cc(i), among battery blocks BB1 to BBN, battery block BB is in the detached state and a highly accurate SOC can be obtained directly from the open circuit voltage. will be rotated. As a result, since the charging index Cc(i) includes the term KdPd(i), the accuracy of acquiring SOC(1) to SOC(N) by the
そこで、係数Ks,Kt,Kc,Kdを適宜設定することによって、KdPd(i)以外の項と、KdPd(i)の項とのバランスを取りつつ、SOC(1)~SOC(N)の精度を向上することが容易となる。 Therefore, by setting the coefficients Ks, Kt, Kc, and Kd appropriately, the accuracy of SOC(1) to SOC(N) can be improved while maintaining a balance between terms other than KdPd(i) and terms of KdPd(i). It becomes easy to improve the
なお、電池電源装置1aは、温度取得部35、連続通電時間取得部36、及び連続休止時間取得部37を備えず、ステップS31~S33を実行しなくてもよい。そして、充電指標Cc(i)は、KtT(i)、KcPc(i)、及びKdPd(i)の項を含まず、SOC(i)をそのまま充電指標Cc(i)として用いてもよい。SOC(i)をそのまま充電指標Cc(i)として用いた場合、充電制御部33aは、SOC以外のパラメータの影響を受けることなく、各二次電池BのSOCを均等化するように各電池ブロックBBの、加入状態と離脱状態との切り替えを制御することによって、各電池ブロックBBの充電を制御することができる。
Note that the battery
また、電池電源装置1aは温度取得部35を備えず、ステップS31を実行せず、充電指標Cc(i)はKtT(i)の項を含まなくてもよい。あるいは、電池電源装置1aは連続通電時間取得部36を備えず、ステップS32を実行せず、充電指標Cc(i)はKtT(i)の項を含まなくてもよい。あるいは、電池電源装置1aは連続休止時間取得部37を備えず、ステップS33を実行せず、充電指標Cc(i)はKdPd(i)の項を含まなくてもよい。
Furthermore, the battery
図8は、図6に示す放電制御部34aによる放電制御の処理の一例を示すフローチャートである。放電処理は、放電制御部34の場合と同様に開始することができる。まず、上述と同様のステップS11でSOC(1)~SOC(N)が取得され、ステップS31で温度T(1)~T(N)が取得され、ステップS32で連続通電時間Pc(1)~Pc(N)が取得され、ステップS33で連続休止時間Pd(1)~Pd(N)が取得される。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the discharge control process by the
次に、充電制御部33aは、SOC(1)~SOC(N)、温度T(1)~T(N)、連続通電時間Pc(1)~Pc(N)、及び連続休止時間Pd(1)~Pd(N)に基づいて、電池ブロックBB1~BBNの放電指標Cd(1)~Cd(N)を算出する(ステップS41)。以下、放電指標Cd(1)~Cd(N)を総称して、放電指標Cdと称する。
Next, the charging
ブロック番号をiとすると、電池ブロックBBiの放電指標Cd(i)は、下記の式(2)で表される。 When the block number is i, the discharge index Cd(i) of battery block BBi is expressed by the following equation (2).
放電指標Cd(i)=Ks(100-SOC(i))+KtT(i)+KcPc(i)+KdPd(i) ・・・(2) Discharge index Cd(i)=Ks(100-SOC(i))+KtT(i)+KcPc(i)+KdPd(i)...(2)
式(2)は、式(1)におけるKsSOC(i)の項が、Ks(100-SOC(i))とされている点で異なる。すなわち、放電指標Cd(i)は、充電指標Cc(i)とは逆に、SOCが大きいほど小さく、SOCが小さいほど大きくなる指標である。 Equation (2) differs from Equation (1) in that the term KsSOC(i) is Ks(100-SOC(i)). That is, the discharge index Cd(i) is an index that decreases as the SOC increases and increases as the SOC decreases, contrary to the charge index Cc(i).
次に、放電制御部34aは、電池ブロックBB1~BBNを、二次電池BのSOCが0%の、放電できないグループAと、二次電池BのSOCが0%を超える、放電可能なグループGとにグルーピングする(ステップS42)。
Next, the
次に、放電制御部34aは、SOCが0%を超えるグループGの電池ブロックBBを、
Next, the
相対的に放電指標Cdが小さい第一グループG1と、相対的に放電指標Cdが大きい第二グループG2とにグルーピングする(ステップS43)。具体的には、放電制御部34aは、グループGの電池ブロックBBのうち、放電指標Cdの小さいものから順に所定の設定個数の電池ブロックBBを第一グループG1とし、残りの電池ブロックBBを第二グループG2としてもよい。設定個数は、上述と同様、適宜設定することができる。設定個数を1個として、放電制御部34aは、グループGの電池ブロックBBのうち、最も充電指標Ccの小さい電池ブロックBBのみを第一グループG1としてもよい。
They are grouped into a first group G1 with a relatively small discharge index Cd and a second group G2 with a relatively large discharge index Cd (step S43). Specifically, the
次に、放電制御部34aは、第一グループG1の電池ブロックBBを加入状態とし、第二グループG2及びグループAの電池ブロックBBを離脱状態とすることによって、第一グループG1の電池ブロックBBを放電する(ステップS44)。
Next, the
以上、ステップS41~S44によって、放電制御部34aは、SOCに加えて、温度T(1)~T(N)、連続通電時間Pc(1)~Pc(N)、及び連続休止時間Pd(1)~Pd(N)に基づいて、各電池ブロックBBの放電を制御することができる。
As described above, in steps S41 to S44, the
放電指標Cdは、Ks(100-SOC(i))の項を含むので、SOCが大きいほど放電指標Cdは小さく、SOCが小さいほど放電指標Cdは大きくなる。従って、ステップS44で放電指標Cdが相対的に小さな電池ブロックBBを放電することは、基本的に、SOCが相対的に大きな電池ブロックBBを放電することになる。 Since the discharge index Cd includes the term Ks (100-SOC(i)), the larger the SOC, the smaller the discharge index Cd, and the smaller the SOC, the larger the discharge index Cd. Therefore, discharging the battery block BB with a relatively small discharge index Cd in step S44 basically means discharging the battery block BB with a relatively large SOC.
従って、ステップS41~S44によれば、放電制御部34aは、各電池ブロックBBの二次電池BのSOCを均等化するように各電池ブロックBBの、加入状態と離脱状態との切り替えを制御することによって、各電池ブロックBBの放電を制御することができる。
Therefore, according to steps S41 to S44, the
放電指標Cd(i)に+KtT(i)、+KcPc(i)、及び+KdPd(i)を含むことの効果は、上述の充電指標Cc(i)と同様であるのでその説明を省略する。 The effect of including +KtT(i), +KcPc(i), and +KdPd(i) in the discharge index Cd(i) is the same as that of the charge index Cc(i) described above, so a description thereof will be omitted.
なお、放電制御部34aは、ステップS44において、第二グループG2及びグループAの電池ブロックBBを離脱状態とすればよく、必ずしも第一グループG1のすべての電池ブロックBBを加入状態とする必要はない。放電制御部34aは、入出力端子TT1,TT2間に、所望の電圧が得られるように、第一グループG1の中から電池ブロックBBを選択して加入状態とし、残りの電池ブロックBBを離脱状態としてもよい。
Note that, in step S44, the
また、電池電源装置1aは、温度取得部35、連続通電時間取得部36、及び連続休止時間取得部37を備えず、ステップS31~S33を実行しなくてもよい。そして、放電指標Cd(i)は、KtT(i)、KcPc(i)、及びKdPd(i)の項を含まず、SOC(i)をそのまま放電指標Cd(i)として用いてもよい。SOC(i)をそのまま放電指標Cd(i)として用いた場合、放電制御部34aは、SOC以外のパラメータの影響を受けることなく、各二次電池BのSOCを均等化するように各電池ブロックBBの、加入状態と離脱状態との切り替えを制御することによって、各電池ブロックBBの放電を制御することができる。
Further, the battery
また、電池電源装置1aは温度取得部35を備えず、ステップS31を実行せず、放電指標Cd(i)はKtT(i)の項を含まなくてもよい。あるいは、電池電源装置1aは連続通電時間取得部36を備えず、ステップS32を実行せず、放電指標Cd(i)はKtT(i)の項を含まなくてもよい。あるいは、電池電源装置1aは連続休止時間取得部37を備えず、ステップS33を実行せず、放電指標Cd(i)はKdPd(i)の項を含まなくてもよい。
Furthermore, the battery
また、電池電源装置1aは、直列電池モジュール2の代わりに直列電池モジュール2aを備え、電池ブロックBBの代わりに電池ブロックBBaを用いてもよい。直列電池モジュール2aを充電する場合、加入状態の電池ブロックBBaが充電されているとき、反転状態の電池ブロックBBaは放電される。すなわち、直列電池モジュール2a内で、反転状態の電池ブロックBBaから加入状態の電池ブロックBBaへ、充電量を移動させることができる。
Further, the battery
従って、直列電池モジュール2aを用いた場合、充電制御部33aは、ステップS37において、第二グループG2及びグループAの電池ブロックBBaを反転状態としてもよい。第二グループG2及びグループAの電池ブロックBBaを反転状態とすれば、SOCの大きい第二グループG2及びグループAの電池ブロックBBaから、SOCの小さい第一グループG1の電池ブロックBBaへ、充電量が移動する。その結果、各二次電池BのSOCの均等化を、より迅速に行うことが可能となる。
Therefore, when the
また、直列電池モジュール2aを用いた場合、放電制御部34aは、ステップS44において、第二グループG2及びグループAの電池ブロックBBaのうち少なくとも一つを反転状態としてもよい。このようにすれば、SOCの小さな第二グループG2及びグループAの少なくとも一つの電池ブロックBBaを充電しながら、SOCの大きな第一グループG1の電池ブロックBBaのうち少なくとも一つを放電させることが可能となる。その結果、各二次電池BのSOCの均等化を、より迅速に行うことが可能となる。
Moreover, when the
なお、電池電源装置1aにおいても、電池電源装置1の場合と同様、直列電池モジュールは、電池ブロックBBと電池ブロックBBaとが混在して直列接続されたものであってよい。
Note that in the battery
(第三実施形態) (Third embodiment)
次に、本発明の第三実施形態に係る電池電源装置1bについて説明する。図9は、本発明の第三実施形態に係る電池電源装置1bの構成の一例を示すブロック図である。電池電源装置1bは、電池電源装置1とは、接地端子TEをさらに備える点、直列電池モジュール2の代わりに直列電池モジュール2bを備える点、及び脱着制御部31bの動作が異なる点で異なる。
Next, a battery
その他の構成は電池電源装置1と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な点について説明する。 Since the other configurations are the same as those of the battery power supply device 1, the explanation thereof will be omitted, and the characteristic points of this embodiment will be explained below.
直列電池モジュール2bは、電池ブロックBB1~BBNの代わりに電池ブロックBB1b~BBNbを備える。以下、電池ブロックBB1b~BBNbを総称して電池ブロックBBbと称する。
The
電池ブロックBBbは接地スイッチング素子SEをさらに含み、電池ブロックBBbのブロック内直列回路SCは切離スイッチング素子SDをさらに含む点で、電池ブロックBBと異なる。その他の点では、電池ブロックBBbは、電池ブロックBBと同様に構成されている。 Battery block BBb differs from battery block BB in that it further includes a ground switching element SE, and the intra-block series circuit SC of battery block BBb further includes a disconnection switching element SD. In other respects, battery block BBb is configured similarly to battery block BB.
接地スイッチング素子SEは、各電池ブロックBBbの第二端子T2と、接地端子TEとの間にそれぞれ介設されている。なお、接地スイッチング素子SEは、第二端子T2の代わりに第一端子T1と接地端子TEとの間に介設されていてもよい。 The ground switching element SE is interposed between the second terminal T2 of each battery block BBb and the ground terminal TE. Note that the ground switching element SE may be interposed between the first terminal T1 and the ground terminal TE instead of the second terminal T2.
電池ブロックBBbのブロック内直列回路SCには、さらに切離スイッチング素子SDが追加されている。切離スイッチング素子SDは、二次電池Bの、直列スイッチング素子SSとは反対側に直列接続されている。 A disconnection switching element SD is further added to the intra-block series circuit SC of the battery block BBb. The disconnection switching element SD is connected in series to the side of the secondary battery B opposite to the series switching element SS.
接地スイッチング素子SE及び切離スイッチング素子SDは、トランジスタ等の半導体スイッチング素子であってもよく、機械式のリレースイッチであってもよい。接地スイッチング素子SE及び切離スイッチング素子SDは、制御部3bからの制御信号に応じてオン、オフする。
The ground switching element SE and the disconnection switching element SD may be semiconductor switching elements such as transistors, or may be mechanical relay switches. The ground switching element SE and the disconnection switching element SD are turned on and off according to a control signal from the
脱着制御部31bは、脱着制御部31と同様の処理に加えて、タッチパネルディスプレイ4により電池ブロックBBbの指定が受け付けられたとき、指定された電池ブロックBBbを、離脱状態とすることによりその電池ブロックBBbの直列スイッチング素子SSをオフすると共に、さらにその電池ブロックBBbの、切離スイッチング素子SDをオフ、接地スイッチング素子SEをオンする。
In addition to the same processing as the attachment/
また、脱着制御部31bは、二次電池Bが取り外された電池ブロックBBbに二次電池Bが取り付けられたとき、二次電池Bが取り付けられた電池ブロックBBbの、接地スイッチング素子SEをオフ、切離スイッチング素子SDをオンし、さらにその電池ブロックBBbを加入状態とする。
Furthermore, when the secondary battery B is attached to the battery block BBb from which the secondary battery B has been removed, the attachment/
図10は、図9に示す脱着制御部31bによる脱着制御の処理の一例を示すフローチャートである。図9では、電池ブロックBB1b~BBNbが加入状態となっている例を示している。この状態から、電池ブロックBB2bの二次電池B2を取り外す場合を例に脱着制御を説明する。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a process of attachment/detachment control by the attachment/
まず、脱着制御部31bは、タッチパネルディスプレイ4により電池ブロックBBbの指定が受け付けられたか否かを確認する(ステップS1b)。タッチパネルディスプレイ4により電池ブロックBBbの指定が受け付けられた場合(ステップS1bでYES)、脱着制御部31bは、指定された電池ブロックBBbの直列スイッチング素子SSをオフ、バイパススイッチング素子BSをオンすることによって離脱状態とする(ステップS2b)。
First, the attachment/
次に、脱着制御部31bは、指定された電池ブロックBBbの、切離スイッチング素子SDをオフ、接地スイッチング素子SEをオンし(ステップS51)、再び処理をステップS1bへ移行する。
Next, the attachment/
これにより、ユーザが、例えば電動自転車を使いたい場合に、電動自転車用の二次電池Bが取り付けられた電池ブロックBBbのブロック番号として、例えば“2”を、タッチパネルディスプレイ4を操作して入力する。
As a result, when a user wants to use an electric bicycle, for example, the user operates the
図11は、ステップS2b,S51を説明するための説明図である。図11に示すように、電池ブロックBB2bが指定されると、ステップS2b,S51によって、図11に示すように、電池ブロックBB2bの、直列スイッチング素子SSがオフ、バイパススイッチング素子BSがオン、切離スイッチング素子SDがオフ、接地スイッチング素子SEがオンされる。 FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining steps S2b and S51. As shown in FIG. 11, when the battery block BB2b is designated, steps S2b and S51 turn off the series switching element SS, turn on the bypass switching element BS, and disconnect the battery block BB2b, as shown in FIG. Switching element SD is turned off, and grounded switching element SE is turned on.
ステップS2b,S51が実行される前の図9の状態では、二次電池B2に電流が流れる状態となっており、かつ電池ブロックBB2bの第二端子T2には、電池ブロックBB2bよりも低電位側の、二次電池B3~BNが直列接続され、二次電池B3~BNの出力電圧が加算された高電圧が印加されている。そのため、この状態のままユーザが電池ブロックBB2bから二次電池B2を取り外そうとすると、電流及び高電圧により感電が生じるおそれがある。 In the state shown in FIG. 9 before steps S2b and S51 are executed, current flows through the secondary battery B2, and the second terminal T2 of the battery block BB2b has a lower potential than the battery block BB2b. The secondary batteries B3 to BN are connected in series, and a high voltage obtained by adding the output voltages of the secondary batteries B3 to BN is applied. Therefore, if the user attempts to remove the secondary battery B2 from the battery block BB2b in this state, there is a risk of electric shock due to the current and high voltage.
一方、ステップS2b,S51が実行された後の図11の状態では、電池ブロックBB2bの、直列スイッチング素子SS及び切離スイッチング素子SDがオフされているので、二次電池B2に流れる電流がゼロとなり、かつ二次電池B2が電気的にフローティング状態となる。この状態で、電池ブロックBB2bの接地スイッチング素子SEがオンされ、第二端子T2が接地端子TEと導通する結果、二次電池B2が接地電位となる。 On the other hand, in the state of FIG. 11 after steps S2b and S51 are executed, the series switching element SS and the disconnection switching element SD of the battery block BB2b are turned off, so the current flowing to the secondary battery B2 becomes zero. , and the secondary battery B2 becomes electrically floating. In this state, the ground switching element SE of the battery block BB2b is turned on, and the second terminal T2 is electrically connected to the ground terminal TE, so that the secondary battery B2 is brought to the ground potential.
このように、二次電池B2に流れる電流がゼロとなり、二次電池B2が接地電位とされることによって、二次電池B2を取り外そうとするユーザの安全性が向上する。 In this way, the current flowing through the secondary battery B2 becomes zero and the secondary battery B2 is brought to the ground potential, thereby improving the safety of the user who attempts to remove the secondary battery B2.
一方、電池ブロックBBbの指定が受け付けられていない場合(ステップS1bでNO)、脱着制御部31bは、二次電池Bが取り外されていた電池ブロックBBbに二次電池Bが取り付けられたか否かを確認する(ステップS3)。二次電池Bの取り付けが無ければ(ステップS3でNO)、脱着制御部31bは、再び処理をステップS1bへ移行する。
On the other hand, if the designation of battery block BBb is not accepted (NO in step S1b), the attachment/
一方、二次電池Bが取り外されていた電池ブロックBBbに二次電池Bが取り付けられた場合(ステップS3でYES)、脱着制御部31bは、二次電池Bが取り付けられた電池ブロックBBbの、接地スイッチング素子SEをオフ、切離スイッチング素子SDをオンする(ステップS52)。これにより、二次電池Bが接地端子TEから切り離される。
On the other hand, when the secondary battery B is attached to the battery block BBb from which the secondary battery B was removed (YES in step S3), the attachment/
次に、脱着制御部31bは、二次電池Bが取り付けられた電池ブロックBBbのバイパススイッチング素子BSをオフ、直列スイッチング素子SSをオンさせることにより加入状態とし(ステップS4b)、再び処理をステップS1bへ移行する。これにより、取り付けられた二次電池Bが使用可能となる。
Next, the attachment/
なお、必ずしもステップS3,S52,S4bを実行する必要はなく、ステップS1bでNOのとき、ステップS1bを繰り返してもよい。また、制御部3bは、温度取得部35,連続通電時間取得部36,連続休止時間取得部37をさらに備え、充電制御部33、放電制御部34の代わりに充電制御部33a、放電制御部34aを備えてもよい。また、電池ブロックBBbは、接触端子CTを備えていなくてもよい。
Note that it is not always necessary to execute steps S3, S52, and S4b, and if NO in step S1b, step S1b may be repeated. Further, the
また、直列電池モジュール2bの電池ブロックのうち少なくとも一つが電池ブロックBBbであればよく、直列電池モジュールは、電池ブロックBBと電池ブロックBBbとが混在して直列接続されたものであってよい。
Moreover, at least one of the battery blocks of the
図12は、直列電池モジュール2bの変形例を示す概念的な回路図である。図12に示すように、直列電池モジュール2cは、直列電池モジュール2bにおける電池ブロックBBbの代わりに電池ブロックBBcを備えてもよい。図12に示す電池ブロックBBcは、電池ブロックBBbに加えて、反転回路RCをさらに備えている。直列電池モジュール2cにおける反転回路RCの接続配線は、図5に示す直列電池モジュール2aにおける反転回路RCの接続配線と同様であるのでその説明を省略する。
FIG. 12 is a conceptual circuit diagram showing a modification of the
図5に示す例では、電池ブロックBB1cが加入状態、電池ブロックBB2cが離脱状態、電池ブロックBB3cが反転状態を示している。直列電池モジュール2cを用いることによって、直列電池モジュール2aと同様の効果が得られる。
In the example shown in FIG. 5, battery block BB1c is in the joined state, battery block BB2c is in the detached state, and battery block BB3c is in the reversed state. By using the
なお、電池電源装置1bにおいても、電池電源装置1の場合と同様、直列電池モジュールは、電池ブロックBBbと電池ブロックBBcとが混在して直列接続されたものであってよい。また、電池電源装置1,1a,1bにおいて、直列電池モジュールは、電池ブロックBB,BBa,BBb,BBcが混在して直列接続されたものであってよい。
Note that in the battery
1,1a,1b 電池電源装置
2,2a,2b 直列電池モジュール
3,3a,3b 制御部
4 タッチパネルディスプレイ(操作受付部)
31,31b 脱着制御部
32 SOC取得部
33,33a 充電制御部
34,34a 放電制御部
35 温度取得部
36 連続通電時間取得部
37 連続休止時間取得部
B,B1~BN 二次電池
BB,BB1~BBN,BBa,BB1a~BBNa,BBb,BB1b~BBNb,BBc,BB1c~BBNc 電池ブロック
BS バイパススイッチング素子
Cc 充電指標
Cd 放電指標
CT 接触端子
A,G グループ
G1 第一グループ
G2 第二グループ
Ks,Kt,Kc,Kd 係数
Ns,Nt,Nc,Nd 正規化数
P1 一端
P2 他端
Pc 連続通電時間
Pd 連続休止時間
RC 反転回路
SC ブロック内直列回路
SD 切離スイッチング素子
SE 接地スイッチング素子
SR1,SR2 反転スイッチング素子
SS 直列スイッチング素子
T 温度
T1 第一端子
T2 第二端子
TE 接地端子
TT1,TT2 入出力端子
1, 1a, 1b Battery
31, 31b
Claims (15)
前記電池ブロックの脱着に関する制御を行う脱着制御部と、
ユーザによる前記電池ブロックの指定を受け付ける操作受付部とを備え、
前記各電池ブロックは、
二次電池の一方の極と接続可能な第一端子と、
前記二次電池の他方の極に接続可能な第二端子と、
前記第一及び第二端子に接続される前記二次電池に対して直列に接続される直列スイッチング素子と、
前記二次電池と前記直列スイッチング素子とが直列に接続されるブロック内直列回路に対して並列に接続されるバイパススイッチング素子とを含み、
前記複数の電池ブロックのうち少なくとも一つは、前記二次電池を脱着可能であり、
前記直列電池モジュールは、前記各電池ブロックにおける、前記ブロック内直列回路と前記バイパススイッチング素子との並列回路が直列接続されることによって、前記複数の電池ブロックが直列に接続され、
前記脱着制御部は、前記各電池ブロックを、前記バイパススイッチング素子をオフ、前記直列スイッチング素子をオンさせる加入状態と、前記直列スイッチング素子をオフ、前記バイパススイッチング素子をオンさせる離脱状態とに制御可能であり、前記操作受付部により前記電池ブロックの指定が受け付けられたとき、前記指定された電池ブロックを、前記離脱状態とする電池電源装置。 A series battery module in which multiple battery blocks are connected in series,
an attachment/detachment control unit that controls attachment/detachment of the battery block;
an operation reception unit that accepts designation of the battery block by a user;
Each of the battery blocks is
a first terminal connectable to one pole of a secondary battery;
a second terminal connectable to the other pole of the secondary battery;
a series switching element connected in series to the secondary battery connected to the first and second terminals;
a bypass switching element connected in parallel to an intra-block series circuit in which the secondary battery and the series switching element are connected in series;
At least one of the plurality of battery blocks is capable of attaching and detaching the secondary battery,
In the series battery module, the plurality of battery blocks are connected in series by connecting in series a parallel circuit of the intra-block series circuit and the bypass switching element in each of the battery blocks,
The attachment/detachment control unit is capable of controlling each battery block into an joining state in which the bypass switching element is turned off and the series switching element is turned on, and a withdrawal state in which the series switching element is turned off and the bypass switching element is turned on. and a battery power supply device that brings the designated battery block into the detached state when the designation of the battery block is accepted by the operation reception unit.
前記複数の電池ブロックのうち少なくとも一つは、前記第一及び第二端子のうちいずれか一方と前記接地端子との間に介設される接地スイッチング素子をさらに含み、
前記接地スイッチング素子を含む電池ブロックのブロック内直列回路は、前記二次電池の、前記直列スイッチング素子とは反対側に直列接続される切離スイッチング素子をさらに含み、
前記脱着制御部は、前記操作受付部により前記接地スイッチング素子を含む電池ブロックの指定が受け付けられたとき、前記指定された電池ブロックを前記離脱状態とすることにより前記直列スイッチング素子をオフすると共に、さらに前記切離スイッチング素子をオフ、前記接地スイッチング素子をオンする請求項1に記載の電池電源装置。 It further includes a grounding terminal for grounding,
At least one of the plurality of battery blocks further includes a grounding switching element interposed between one of the first and second terminals and the grounding terminal,
The intra-block series circuit of the battery block including the ground switching element further includes a disconnection switching element connected in series to the side of the secondary battery opposite to the series switching element,
When the operation reception unit accepts a designation of a battery block including the ground switching element, the attachment/detachment control unit turns off the series switching element by placing the designated battery block in the detached state; The battery power supply device according to claim 1, further comprising turning off said disconnection switching element and turning on said grounding switching element.
前記複数の電池ブロックのうち少なくとも一つは、前記二次電池の筐体に接触可能であって、かつ前記接地端子と導通する接触端子をさらに備える請求項1に記載の電池電源装置。 It further includes a grounding terminal for grounding,
The battery power supply device according to claim 1, wherein at least one of the plurality of battery blocks further includes a contact terminal that is capable of contacting the casing of the secondary battery and is electrically connected to the ground terminal.
前記直列電池モジュールを充電する際に、前記複数の電池ブロックのうち前記二次電池のSOCが100%に満たない電池ブロックを、相対的に前記二次電池のSOCが大きい第一グループと、相対的に前記二次電池のSOCが小さい第二グループとにグルーピングし、前記第一グループの電池ブロックを前記加入状態とし、前記第二グループの電池ブロックを前記離脱状態とすることによって、前記第一グループの電池ブロックを優先的に充電する充電制御部とをさらに備える請求項1に記載の電池電源装置。 an SOC acquisition unit that acquires the SOC of the secondary battery of each battery block;
When charging the series battery module, a battery block in which the SOC of the secondary battery is less than 100% among the plurality of battery blocks is replaced with a first group in which the SOC of the secondary battery is relatively large. Generally, the SOC of the secondary batteries is grouped into a second group with a small SOC, the battery blocks of the first group are brought into the joined state, and the battery blocks of the second group are brought into the detached state. The battery power supply device according to claim 1, further comprising a charging control unit that preferentially charges battery blocks of a group.
前記直列電池モジュールを放電する際に、前記SOCが満充電を示す二次電池を含む前記電池ブロックを前記離脱状態とする放電制御部とをさらに備える請求項1に記載の電池電源装置。 an SOC acquisition unit that acquires the SOC of the secondary battery of each battery block;
The battery power supply device according to claim 1, further comprising a discharge control unit that brings the battery block including a secondary battery whose SOC indicates full charge to the detached state when discharging the series battery module.
前記各電池ブロックの二次電池のSOCを均等化するように前記各電池ブロックの、前記加入状態と前記離脱状態との切り替えを制御することによって、前記各電池ブロックの充電を制御する充電制御部とをさらに備える請求項1に記載の電池電源装置。 an SOC acquisition unit that acquires the SOC of the secondary battery of each battery block;
A charging control unit that controls charging of each of the battery blocks by controlling switching between the joining state and the withdrawal state of each of the battery blocks so as to equalize the SOC of the secondary batteries of each of the battery blocks. The battery power supply device according to claim 1, further comprising:
前記各電池ブロックの二次電池のSOCを均等化するように前記各電池ブロックの、前記加入状態と前記離脱状態との切り替えを制御することによって、前記各電池ブロックの放電を制御する放電制御部とをさらに備える請求項1に記載の電池電源装置。 an SOC acquisition unit that acquires the SOC of the secondary battery of each battery block;
A discharge control unit that controls discharging of each of the battery blocks by controlling switching between the joining state and the withdrawal state of each of the battery blocks so as to equalize the SOC of the secondary batteries of each of the battery blocks. The battery power supply device according to claim 1, further comprising:
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