JP4092656B2

JP4092656B2 - 電池の浮動充電制御方式

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Publication number: JP4092656B2
Application number: JP2003376436A
Authority: JP
Inventors: 泰弘高林; 昌英小柴
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: JP2005143201A

Description

この発明は、一次電源としての蓄電池と、蓄電池を充電する発電機とを備え、蓄電池および発電機から動力へ電力を供給する、いわゆるハイブリッドシステム、例えば電気自動車または電気推進船舶などに適用して好適な電池の浮動充電制御方式に関する。

蓄電池を一次電源とする大容量システムでは、従来から鉛蓄電池，アルカリ蓄電池が多用され、大容量単電池を２００〜３００個直列接続して群を成し、この電池群の２〜４群を並列接続するものが一般的である。また、この発明で対象とするリチウムイオン電池は高エネルギー密度を有し、近年、民生用，産業用として小容量分野での実用化が進んでいる。

しかし、大容量システムへの適用を目的とする大容量リチウムイオン電池は研究・開発段階であり、将来動向は不明であるが、現段階では中小容量単電池を多数直並列に接続して実用化されるものと考えられている。
また、リチウムイオン電池はエネルギー密度が大きい利点を有する反面、過充電によって発火，爆発などの危険を伴うことが報告されていることから、その充電に際しては細心の注意と厳密な監視・制御が必要となる。

ところで、並列接続された複数の電池群に対しては、満充電容量状態を保持または維持するために充放電電流を０Ａとする、いわゆる浮動充電運転が行なわれる。図３は例えば特許文献１に開示されているものに類似の浮動充電システムを示す概要図である。
ここで、商用電源等を電源とする電力変換装置Ｐは、補機動力Ｌおよび電動機Ｍなどの負荷へ電力を供給しながら、満充電状態の電池群の充放電電流が０Ａとなるように電圧制御されるが、ここでは商用電源等の安定した電源を利用するものであるため、その制御は比較的容易といえる。

特開２００２−１７１６８０号公報（第２頁、図５）

しかしながら、電力源として発電機を利用するハイブリッドシステムにおいては、補機動力Ｌおよび電動機Ｍなどの負荷変動に伴う発電機電圧制御の過渡的制御応答・過渡変動のため、満充電状態の電池に過渡的な充放電が発生する。また、電圧制御精度の点から微小ではあるが充電電流が継続的に流れることも予想される。さらには、複数電池群の特性バラツキから、個々の電池群の充放電電流を０Ａにすることが困難である。いずれにしても、満充電状態の電池に対し過渡的であれ微小電流であれ、過充電状態が発生することは特にリチウムイオン電池にとっては、大きなストレスとなりダメージを与えることが予想されるので、これを極力避けることが望ましい。

したがって、この発明の課題は、並列に接続されてなる複数の電池群とこれに給電する発電機とを備えたハイブリッドシステムにおいても、満充電状態の充放電電流を０Ａになるように精度よく制御できるようにするとともに、過充電による電池ストレス（特性劣化），発火，爆発などの危険を回避し得るようにすることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、ｎ（２以上の自然数）個の電池が直列に接続された電池群がｍ（２以上の自然数）群並列に接続されてなる複数の電池群と、前記複数の電池群への充電を行なう原動機駆動発電機とを直流給電母線を介して接続してなるとともに、この直流給電母線を介して電動機を含む負荷への電力供給を行なうハイブリッドシステムにおいて、
半導体スイッチと、各電池群から直流給電母線への放電電流の方向を順方向とするダイオードとの逆並列回路からなり、前記各電池群にそれぞれ直列に接続されて各電池群と直流給電母線との間に挿入されたスイッチ回路を設けるとともに、
前記直流給電母線の正極と負極との間に接続された全電池電圧検出器と、
前記スイッチ回路をオン，オフ制御して前記複数の電池群の充放電制御を行なうとともに前記原動機駆動発電機の制御を行なう制御回路とを備え、
前記制御回路により、全ての電池群が充電を完了し、前記各半導体スイッチがＯＦＦとなり充電動作が停止した状態から浮動充電運転に移行するときは、
満充電直前の充電方式が定電流充電または定電流パルス充電方式の場合には前記発電機を定電流制御から定電圧制御へと切替え、満充電直前の充電方式が定電圧充電または定電圧パルス充電方式の場合には前記発電機を定電圧制御のままとし、
前記全電池電圧検出器で検出した検出電圧である全電池群電圧を基準にして、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令を設定値として発電機の電圧制御を行なうことにより、前記ダイオードにより発電機電圧をブロックさせて、負荷変動による外乱の影響を受けることなく、充放電電流を０Ａとする（充電電流および放電電流のいずれも流れない）浮動充電運転が行なわれるようにし、
かつ、前記発電機を停止して発電機電圧が低下したときは、前記各電池群から前記各ダイオードを介した放電動作による負荷への電力供給を開始させることにより、負荷への無瞬断の電力供給を可能にしたことを特徴とする。

請求項２の発明では、ｎ（２以上の自然数）個の電池が直列に接続された電池群がｍ（２以上の自然数）群並列に接続されてなる複数の電池群と、前記複数の電池群への充電を行なう原動機駆動発電機とを直流給電母線を介して接続してなるとともに、この直流給電母線を介して電動機を含む負荷への電力供給を行なうハイブリッドシステムにおいて、
半導体スイッチと、各電池群から直流給電母線への放電電流の方向を順方向とするダイオードとの逆並列回路からなり、前記各電池群にそれぞれ直列に接続されて各電池群と直流給電母線との間に挿入されたスイッチ回路を設けるとともに、
前記各電池群ごとに個別の電池電圧を検出する個別電池電圧検出器と、
前記スイッチ回路をオン，オフ制御して前記複数の電池群の充放電制御を行なうとともに前記原動機駆動発電機の制御を行なう制御回路とを備え、
前記制御回路により、定電流パルス充電方式、定電圧パルス充電方式のいずれかによる充電動作途中から浮動充電運転に移行するときは、前記半導体スイッチをＯＦＦとして充電動作を停止するとともに、
充電方式が定電流パルス充電方式の場合には前記発電機を定電流制御から定電圧制御へと切替え、充電方式が定電圧パルス充電方式の場合には前記発電機を定電圧制御のままとし、
前記各個別電池電圧検出器で検出した検出電圧である各電池群の電池電圧を基準にして、その中で最も高い電圧を判別し、この判別された電圧よりも若干高めの発電機電圧指令を設定値として発電機の電圧制御を行なうことにより、前記ダイオードにより発電機電圧をブロックさせて、負荷変動による外乱の影響を受けることなく、充放電電流を０Ａとする（充電電流および放電電流のいずれも流れない）浮動充電運転が行なわれるようにし、
かつ、前記発電機を停止して発電機電圧が低下したときは、前記各電池群から前記各ダイオードを介した放電動作による負荷への電力供給を開始させることにより、負荷への無瞬断の電力供給を可能にしたことを特徴とする。
また、請求項３の発明では、ｎ（２以上の自然数）個の電池が直列に接続された電池群がｍ（２以上の自然数）群並列に接続されてなる複数の電池群と、前記複数の電池群への充電を行なう原動機駆動発電機とを直流給電母線を介して接続してなるとともに、この直流給電母線を介して電動機を含む負荷への電力供給を行なうハイブリッドシステムにおいて、
半導体スイッチと、各電池群から直流給電母線への放電電流の方向を順方向とするダイオードとの逆並列回路からなり、前記各電池群にそれぞれ直列に接続されて各電池群と直流給電母線との間に挿入されたスイッチ回路を設けるとともに、
前記直流給電母線の正極と負極との間に接続された全電池電圧検出器と、
前記スイッチ回路をオン，オフ制御して前記複数の電池群の充放電制御を行なうとともに前記原動機駆動発電機の制御を行なう制御回路とを備え、
前記制御回路により、定電流充電方式、定電圧充電方式のいずれかによる充電動作途中から浮動充電運転に移行するときは、前記半導体スイッチをＯＦＦとして充電動作を停止するとともに、
充電方式が定電流充電方式の場合には前記発電機を定電流制御から定電圧制御へと切替え、充電方式が定電圧充電方式の場合には前記発電機を定電圧制御のままとし、
前記全電池電圧検出器で検出した検出電圧である全電池群電圧を基準にして、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令を設定値として発電機の電圧制御を行なうことにより、前記ダイオードにより発電機電圧をブロックさせて、負荷変動による外乱の影響を受けることなく、充放電電流を０Ａとする（充電電流および放電電流のいずれも流れない）浮動充電運転が行なわれるようにし、
かつ、前記発電機を停止して発電機電圧が低下したときは、前記各電池群から前記各ダイオードを介した放電動作による負荷への電力供給を開始させることにより、負荷への無瞬断の電力供給を可能にしたことを特徴とする。

この発明によれば、下記のような効果がもたらされる。
（１）並列接続された複数の電池群と発電機とを備えたハイブリッドシステムにおいて、浮動充電運転モードを選択するとき、充電方向の半導体素子はＯＦＦとして充電動作を停止するとともに、発電機電圧を電池群より若干高めの発電機電圧指令ＶＧｓ（電池電圧＋ダイオード沿層電圧＋α電圧）として発電機の電圧制御を行なうことにより、発電機電圧ＶＧが電池電圧ＶＢよりも高くなるので、電池群に接続されたスイッチ３〜４内のダイオードＤ１〜Ｄｍが発電機電圧をブロックし、充電電流を流さない。また、半導体素子はＯＦＦであるから放電電流も流れず、電池群は負荷変動による外乱の影響を受けることなく、満充電状態を保持または維持できる理想的な浮動状態を得ることができる。

（２）満充電完了状態，充電動作途中，定電圧充電，定電流充電，定電圧パルス充電，定電流パルス充電を含む電池の充電状態，充電運転状態，充電方法のいかんを問わず、浮動充電運転スイッチの選択により浮動充電へと移行でき、浮動充電運転スイッチの選択を復帰することで、元の状態に復帰することができる。
（３）浮動充電動作状態であっても、発電機を停止すればスイッチ３〜４内のダイオードＤ１〜Ｄｍを介して、無瞬断で負荷へ電力を供給することが可能となる。

図１はこの発明の実施の形態を示す概要図である。
すなわち、図１の回路は電池Ｂ１〜Ｂｍ、発電機Ｇ、補機Ｌおよび推進電動機Ｍなどから構成され、発電機Ｇは電池Ｂ１〜Ｂｍを充電するだけでなく、補機Ｌや推進電動機Ｍにも電力を供給する。
このような構成における浮動充電運転モードでは、各電池群に直列に挿入されたスイッチＳＷ１〜ＳＷｍを利用して、発電機Ｇは電池Ｂ１〜Ｂｍへ充電電流を流さず電池の放電がないようにしつつ、負荷である補機Ｌや推進電動機Ｍには電力を供給するように発電機制御を行なう。

そこで、浮動充電運転モードへ移行する直前の運転状態からの浮動充電動作について、図２を参照して詳細に説明する。なお、図２において、１，２は電池（Ｂ１，Ｂｍ）、３，４は半導体素子（Ｑ１，Ｑｍ）とダイオード（Ｄ１，Ｄｍ）との逆並列回路からなるスイッチ回路、５，６，９，１３，２６は電流検出器、７，８，１０，１４は電圧検出器、１１は発電機の駆動用原電動機（ＤＥ）、１２は発電機（Ｇ）、１５は補機（Ｌ）、１６は推進電動機（Ｍ）、１７はプログラム設定装置、１８はパルス充電スイッチ（ＳＷＰ）、１９は充電切替スイッチ（ＳＷＣ）、２０は浮動充電スイッチ（ＳＷＨ）、２１は電圧設定器（ＶＲＶ）、２２は電流設定器（ＶＲＩ）、２３は充放電制御回路＆電池状態監視装置、２４は充電制御切替スイッチ（ＳＷｖｃ）、２５は発電機制御装置、２７は発電機界磁、２８〜３１はスイッチを示す。

１）満充電状態電池の浮動充電動作
電池が満充電状態になると、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３がこれを検知・判断し、半導体素子Ｑ１〜Ｑｍを全てＯＦＦして充電を停止するが、発電機１２は電圧制御動作により補機Ｌや推進電動機Ｍへ電力を供給する。そこで、浮動充電スイッチＳＷＦ２０で「モード１」を選択するかまたは事前に選択されていると、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３はこの信号を受信し、全電池電圧検出器ＶＤＢ１０の検出信号ＶＢｉを基準にして、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令ＶＧｓ（電池電圧＋ダイオード沿層電圧＋α電圧）を出力し、発電機制御装置２５に与える。

発電機制御装置２５は、この発電機電圧指令ＶＧｓを設定値とし、発電機電圧検出器ＶＤＧ１４の検出信号ＶＧｉと、発電機電流検出器ＳＨＧ１３の検出信号ＩＧｉと、発電機界磁電流検出器ＳＨＧＦ２６の検出信号ＩＧｆｉとをフィードバック信号とする制御演算をして、発電機界磁Ｇｆ２７の電流ＩＧＦを出力し発電機電圧を制御する。これにより、補機Ｌ１５および電動機Ｍ等の負荷が変動しても、安定した発電機電圧ＶＧを得ることができる。
このように、発電機電圧ＶＧを電池電圧ＶＢより高くすることにより、電池群に接続された半導体スイッチ３〜４に設けられたダイオードＤ１〜Ｄｍが発電機電圧をブロックするので、充電電流は流れない。また、全ての電池群は既に満充電状態であり、各半導体素子Ｑ１〜ＱｍはＯＦＦであるから、放電電流が流れることもない。

すなわち、満充電状態の電池群は負荷変動の影響を受けることなく満充電状態を保持（維持）する、ほぼ理想的な浮動状態を得ることができ、この浮動状態は浮動充電スイッチＳＷＦ２０をＯＦＦするまで継続する。当然、発電機を停止すれば発電機電圧ＶＧは低下するから、電池群は各ダイオードＤ１〜Ｄｍを介して放電を開始し、負荷への電力供給が開始されるため、無瞬断の給電が可能となる。なお、上記α電圧は、負荷変動外乱による発電機の制御応答に伴う電圧変動値を加味して決定するのが望ましい。

２）定電流パルス充電動作から浮動充電動作へ移行する場合
定電流パルス充電動作は、充電切替スイッチＳＷＣ１９を「定電流」、パルス充電スイッチＳＷＰ１８は「ＯＮ」に選択したモードで、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は充電制御切替スイッチＳＷ_VC２４を「電流」側に切替えて、電流指令によりＩＢｓにより発電機を定電流制御とし、また、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は電池群に直列接続された半導体素子Ｑ１〜Ｑｍへ時系列的なＯＮ−ＯＦＦ信号Ｑ１ｄｖ〜Ｑｍｄｖを与えて、電池群をパルス状の定電流で充電し、充電完了した電池群から順次充電を停止させ、全ての電池群を満充電にする充電方法である。

２−１）充電完了から浮動充電への移行時＝浮動充電スイッチＳＷＦ２０「モード１」
浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「モード１」に選択するか、または事前に選択されているとき、全ての電池群が充電を完了したことを充放電制御回路＆電池状態監視装置２３が判断して、充電制御切替スイッチＳＷ_VC２４を「電流」から「電圧」側へ切替えて、発電機制御を定電流制御から定電圧制御へ切替える。また、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は全電池電圧検出器ＶＤＢで検出した検出電圧ＶＢｉを基準にして、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令ＶＧｓ（電池電圧＋ダイオード沿層電圧＋α電圧）を出力し、発電機制御装置２５に与える。
発電機制御装置２５による電圧制御が段落００１５の記載と同じように行なわれ、その結果、発電機電圧ＶＧが電池電圧ＶＢより高くなり、電池群に接続された半導体スイッチ３〜４に設けられたダイオードＤ１〜Ｄｍにて発電機電圧がブロックされるため、充電電流は流れない。また、全ての電池群は既に満充電状態であり、各半導体素子Ｑ１〜ＱｍはＯＦＦであるから、放電電流も流れない。

２−２）定電流パルス充電動作途中から浮動充電動作へ移行する動作
何らかの事情によって定電流パルス充電動作途中から浮動充電モードへ移行したい場合には、浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「モード２」に選択する。これにより、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は全ての電池群の半導体素子Ｑ１〜ＱｍをＯＦＦしてパルス充電動作を停止し、充電制御切替スイッチＳＷ_VC２４を「電流」から「電圧」にして発電機制御を定電流制御から定電圧制御に切替える。また、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は、各電池群の電池電圧検出器ＶＤ１〜ＶＤｍの検出信号ＶＢ１ｉ〜ＶＢｍｉを基準とし、その中で最も高い電圧を判別し、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令ＶＧｓ（電池電圧＋ダイオード沿層電圧＋α電圧）を出力し、発電機制御装置２５に与える。

発電機制御装置２５による電圧制御は上記と同様に行なわれ、発電機電圧ＶＧは電池群の中で最も高い電池電圧より高めの電圧に制御される。その結果、発電機電圧は電池群の電圧より高くなり、電池群に接続された半導体スイッチ３〜４に設けられたダイオードＤ１〜Ｄｍにより発電機電圧がブロックされ、充電電流は流れない。
また、浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「モード２」から解除するとき、「ＯＦＦ」へ戻せば元の定電流パルス充電動作へ復帰し、さらに「モード１」を選択すれば、定電流パルス充電動作によって全ての電池群が充電を完了したことを、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３が検知して満充電状態の浮動充電動作へ自動的に移行し、この状態は浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「ＯＦＦ」するまで継続する。当然、発電機を停止すれば発電機電圧が低下するから、電池群は各ダイオードを介して放電を開始し、負荷への電力供給が開始されるため、無瞬断の給電が可能となる。

３）定電圧パルス充電動作から浮動充電動作へ移行する場合
定電圧パルス充電動作は、充電切替スイッチＳＷＣ１９を「定電圧」、パルス充電スイッチＳＷＰ１８はＯＮに選択したモードで、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は充電制御切替スイッチＳＷ_VC２４を「電圧」側に切替えて、発電機の制御を、電圧指令ＶＧｓを設定値とした定電圧制御とし、さらに、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は電池群に直列接続された半導体素子Ｑ１〜Ｑｍへ時系列的なＯＮ−ＯＦＦ信号Ｑ１ｄｖ〜Ｑｍｄｖを与えて、電池群をパルス状の定電圧で充電し、充電完了した電池群から順次充電を停止させ、全ての電池群を満充電とする充電方法である。

３−１）充電完了から浮動充電への移行時＝浮動充電スイッチＳＷＦ「モード１」
浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「モード１」に選択するか、または事前に選択されているとき、全ての電池群が充電を完了したことを充放電制御回路＆電池状態監視装置２３が判断すると、発電機制御は定電圧制御のままとしておくとともに、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は全電池電圧検出器ＶＤＢ１０で検出した検出電圧ＶＢｉを基準にして、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令ＶＧｓ（電池電圧＋ダイオード沿層電圧＋α電圧）を出力し、発電機制御装置２５に与える。
発電機制御装置２５による電圧制御は上記と同様に行なわれ、その結果発電機電圧ＶＧが電池電圧ＶＢより高くなる。これにより、電池群に接続された半導体スイッチ３〜４に設けられたダイオードＤ１〜Ｄｍが発電機電圧をブロックし、充電電流は流れない。また、全ての電池群は既に満充電状態であり、各半導体素子Ｑ１〜ＱｍはＯＦＦであるから、放電電流も流れない。

３−２）定電圧パルス充電動作途中から浮動充電動作へ移行する動作
何らかの事情によって定電圧パルス充電動作途中から浮動充電モードへ移行したい場合には、浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「モード２」に選択する。これにより、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は全ての電池群の半導体素子Ｑ１〜ＱｍをＯＦＦしてパルス動作を停止し、また、充電制御切替スイッチＳＷ_VC２４は「電圧」のままにして発電機制御を定電圧制御としておく。また、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は、各電池群の電池電圧検出器ＶＤ１〜ＶＤｍの検出信号ＶＢ１ｉ〜ＶＢｍｉを基準とし、その中で最も高い電圧を判別し、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令ＶＧｓ（電池電圧＋ダイオード沿層電圧＋α電圧）を出力し、発電機制御装置２５に与える。

発電機制御装置２５による電圧制御は上記と同様に行なわれ、その結果発電機電圧ＶＧが電池群の中で最も高い電池電圧より高めの電圧に制御される。これにより、発電機電圧は電池群の電圧より高くなり、電池群に接続された半導体スイッチ３〜４に設けられたダイオードＤ１〜Ｄｍにより発電機電圧がブロックされ、充電電流は流れない。
また、浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「モード２」から解除するとき、「ＯＦＦ」へ戻せば元の定電圧パルス充電動作へ復帰し、さらに「モード１」を選択すれば、定電圧パルス充電動作により全ての電池群が充電を完了したことを、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３が検知して満充電状態の浮動充電動作へ自動的に移行し、この状態は浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「ＯＦＦ」するまで継続する。当然、発電機を停止すれば発電機電圧が低下するから、電池群は各ダイオードを介して放電を開始し、負荷への電力供給が開始されるため、無瞬断給電が可能となる。

４）定電流充電動作から浮動充電動作へ移行する場合
定電流充電動作中、何らかの事情によって浮動充電運転モードへ移行したい場合には、浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「モード２」に選択すると、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は全ての電池群の半導体素子Ｑ１〜ＱｍをＯＦＦして定電流充電動作を停止するとともに、充電制御切替スイッチＳＷ_VC２４は「電流制御」から「電圧制御」へ切替える。また、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は全電池電圧検出器ＶＤＢ１０で検出した検出電圧ＶＢｉを基準にして、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令ＶＧｓ（電池電圧＋ダイオード沿層電圧＋α電圧）を出力し、発電機制御装置２５に与える。
発電機制御装置２５による電圧制御は上記と同様に行なわれ、発電機電圧ＶＧを電池電圧ＶＢより高くする。これにより、電池群に接続された半導体スイッチ３〜４に設けられたダイオードＤ１〜Ｄｍが発電機電圧をブロックし、充電電流は流れない。また、全ての半導体素子Ｑ１〜ＱｍはＯＦＦであるから、放電電流も流れない。

また、浮動充電スイッチＳＷＦ２０を復帰するとき、「ＯＦＦ」へ戻せば元の定電流充電動作へ復帰し、さらに「モード１」を選択すれば、予めプログラムされた充電モードにより充電を行ない、全ての電池群が充電を完了したことを充放電制御回路＆電池状態監視装置２３が検知したとき、満充電状態の浮動充電動作へと自動的に移行し、この状態は浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「ＯＦＦ」するまで継続する。当然、発電機を停止すれば発電機電圧が低下するから、電池群は各ダイオードを介して放電を開始し、負荷への電力供給が開始されるため、無瞬断給電が可能となる。

５）定電圧充電動作から浮動充電動作へ移行する場合
定電圧充電動作中、何らかの事情によって浮動充電運転モードへ移行したい場合には、浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「モード２」に選択すると、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は全ての電池群の半導体素子Ｑ１〜ＱｍをＯＦＦするとともに、充電制御切替スイッチＳＷ_VC２４は「電圧」制御のままとしておく。また、充放電制御回路＆電池状態監視装置２３は全電池電圧検出器ＶＤＢ１０で検出した検出電圧ＶＢｉを基準にして、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令ＶＧｓ（電池電圧＋ダイオード沿層電圧＋α電圧）を出力し、発電機制御装置２５に与える。
発電機制御装置２５による電圧制御は上記と同様に行なわれ、発電機電圧ＶＧを電池電圧ＶＢより高くする。これにより、電池群に接続された半導体スイッチ３〜４に設けられたダイオードＤ１〜Ｄｍが発電機電圧をブロックし、充電電流は流れない。また、全ての半導体素子Ｑ１〜ＱｍはＯＦＦであるから、放電電流も流れない。

また、浮動充電スイッチＳＷＦ２０を復帰するとき、ＳＷＦを「ＯＦＦ」にすれば元の定電圧充電動作へ復帰し、さらに「モード１」を選択すれば、予めプログラムされた充電モードにより充電を行ない、全ての電池群が充電を完了したことを充放電制御回路＆電池状態監視装置２３が検知したとき、満充電状態の浮動充電動作へと自動的に移行し、この状態は浮動充電スイッチＳＷＦ２０を「ＯＦＦ」するまで継続する。当然、発電機を停止すれば発電機電圧が低下するから、電池群は各ダイオードを介して放電を開始し、負荷への電力供給が開始されるため、無瞬断給電が可能となる。

この発明の実施の形態を示す概要図図１の詳細を示す構成図浮動充電の従来方式例を示す概要図

符号の説明

１，２…電池（Ｂ１，Ｂｍ）、３，４…スイッチ回路、５，６，９，１３，２６…電流検出器、７，８，１０，１４…電圧検出器、１１…駆動用原動機（ＤＥ）、１２…発電機（Ｇ）、１５…補機（Ｌ）、１６…推進電動機（Ｍ）、１７…プログラム設定装置、１８…パルス充電スイッチ（ＳＷＰ）、１９…充電切替スイッチ（ＳＷＣ）、２０…浮動充電スイッチ（ＳＷＦ）、２１…電圧設定器（ＶＲＶ）、２２…電流設定器（ＶＲＩ）、２３…充電制御回路＆電池状態監視装置、２４…充電制御切替スイッチ（ＳＷｖｃ）、２５…発電機制御装置、２７…発電機界磁、２８〜３１…スイッチ。

Claims

ｎ（２以上の自然数）個の電池が直列に接続された電池群がｍ（２以上の自然数）群並列に接続されてなる複数の電池群と、前記複数の電池群への充電を行なう原動機駆動発電機とを直流給電母線を介して接続してなるとともに、この直流給電母線を介して電動機を含む負荷への電力供給を行なうハイブリッドシステムにおいて、
半導体スイッチと、各電池群から直流給電母線への放電電流の方向を順方向とするダイオードとの逆並列回路からなり、前記各電池群にそれぞれ直列に接続されて各電池群と直流給電母線との間に挿入されたスイッチ回路を設けるとともに、
前記直流給電母線の正極と負極との間に接続された全電池電圧検出器と、
前記スイッチ回路をオン，オフ制御して前記複数の電池群の充放電制御を行なうとともに前記原動機駆動発電機の制御を行なう制御回路とを備え、
前記制御回路により、全ての電池群が充電を完了し、前記各半導体スイッチがＯＦＦとなり充電動作が停止した状態から浮動充電運転に移行するときは、
満充電直前の充電方式が定電流充電または定電流パルス充電方式の場合には前記発電機を定電流制御から定電圧制御へと切替え、満充電直前の充電方式が定電圧充電または定電圧パルス充電方式の場合には前記発電機を定電圧制御のままとし、
前記全電池電圧検出器で検出した検出電圧である全電池群電圧を基準にして、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令を設定値として発電機の電圧制御を行なうことにより、前記ダイオードにより発電機電圧をブロックさせて、負荷変動による外乱の影響を受けることなく、充放電電流を０Ａとする（充電電流および放電電流のいずれも流れない）浮動充電運転が行なわれるようにし、
かつ、前記発電機を停止して発電機電圧が低下したときは、前記各電池群から前記各ダイオードを介した放電動作による負荷への電力供給を開始させることにより、負荷への無瞬断の電力供給を可能にしたことを特徴とする電池の浮動充電制御方式。
ｎ（２以上の自然数）個の電池が直列に接続された電池群がｍ（２以上の自然数）群並列に接続されてなる複数の電池群と、前記複数の電池群への充電を行なう原動機駆動発電機とを直流給電母線を介して接続してなるとともに、この直流給電母線を介して電動機を含む負荷への電力供給を行なうハイブリッドシステムにおいて、
半導体スイッチと、各電池群から直流給電母線への放電電流の方向を順方向とするダイオードとの逆並列回路からなり、前記各電池群にそれぞれ直列に接続されて各電池群と直流給電母線との間に挿入されたスイッチ回路を設けるとともに、
前記各電池群ごとに個別の電池電圧を検出する個別電池電圧検出器と、
前記スイッチ回路をオン，オフ制御して前記複数の電池群の充放電制御を行なうとともに前記原動機駆動発電機の制御を行なう制御回路とを備え、
前記制御回路により、定電流パルス充電方式、定電圧パルス充電方式のいずれかによる充電動作途中から浮動充電運転に移行するときは、前記半導体スイッチをＯＦＦとして充電動作を停止するとともに、
充電方式が定電流パルス充電方式の場合には前記発電機を定電流制御から定電圧制御へと切替え、充電方式が定電圧パルス充電方式の場合には前記発電機を定電圧制御のままとし、
前記各個別電池電圧検出器で検出した検出電圧である各電池群の電池電圧を基準にして、その中で最も高い電圧を判別し、この判別された電圧よりも若干高めの発電機電圧指令を設定値として発電機の電圧制御を行なうことにより、前記ダイオードにより発電機電圧をブロックさせて、負荷変動による外乱の影響を受けることなく、充放電電流を０Ａとする（充電電流および放電電流のいずれも流れない）浮動充電運転が行なわれるようにし、
かつ、前記発電機を停止して発電機電圧が低下したときは、前記各電池群から前記各ダイオードを介した放電動作による負荷への電力供給を開始させることにより、負荷への無瞬断の電力供給を可能にしたことを特徴とする電池の浮動充電制御方式。
ｎ（２以上の自然数）個の電池が直列に接続された電池群がｍ（２以上の自然数）群並列に接続されてなる複数の電池群と、前記複数の電池群への充電を行なう原動機駆動発電機とを直流給電母線を介して接続してなるとともに、この直流給電母線を介して電動機を含む負荷への電力供給を行なうハイブリッドシステムにおいて、
半導体スイッチと、各電池群から直流給電母線への放電電流の方向を順方向とするダイオードとの逆並列回路からなり、前記各電池群にそれぞれ直列に接続されて各電池群と直流給電母線との間に挿入されたスイッチ回路を設けるとともに、
前記直流給電母線の正極と負極との間に接続された全電池電圧検出器と、
前記スイッチ回路をオン，オフ制御して前記複数の電池群の充放電制御を行なうとともに前記原動機駆動発電機の制御を行なう制御回路とを備え、
前記制御回路により、定電流充電方式、定電圧充電方式のいずれかによる充電動作途中から浮動充電運転に移行するときは、前記半導体スイッチをＯＦＦとして充電動作を停止するとともに、
充電方式が定電流充電方式の場合には前記発電機を定電流制御から定電圧制御へと切替え、充電方式が定電圧充電方式の場合には前記発電機を定電圧制御のままとし、
前記全電池電圧検出器で検出した検出電圧である全電池群電圧を基準にして、この電圧よりも若干高めの発電機電圧指令を設定値として発電機の電圧制御を行なうことにより、前記ダイオードにより発電機電圧をブロックさせて、負荷変動による外乱の影響を受けることなく、充放電電流を０Ａとする（充電電流および放電電流のいずれも流れない）浮動充電運転が行なわれるようにし、
かつ、前記発電機を停止して発電機電圧が低下したときは、前記各電池群から前記各ダイオードを介した放電動作による負荷への電力供給を開始させることにより、負荷への無瞬断の電力供給を可能にしたことを特徴とする電池の浮動充電制御方式。