JP4313809B2 - 充電式組電池システム及び組電池充電制御方法 - Google Patents
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Description
これによって、スペースを必要とし、コスト上昇にも繋がる電圧調整回路を設置することなしに、組電池の充電を効果的に行うことができ、組電池の低コスト化を図ることが可能となる。
図1は、本発明の一実施の形態による充電式組電池システムの構造を示す。
同図に示す充電式組電池システムでは、目的とする出力電圧を得るために必要となる個数の単電池1が直列に接続され、組電池2が構成されている。そして、各単電池1には、当該各単電池1それぞれを個別に充電するための単電池用充電器3が取り付けられている。また、単電池1の電圧、組電池2の電圧の監視と制御を行うための組電池監視制御部6が備わっている。組電池監視制御部6には、各単電池1の電池電圧、温度、充放電電流の測定データを受信するための電池測定用配線4と、組電池2の電池電圧、充放電電流の測定データを受信するための組電池測定用配線5が接続されている。また、組電池監視制御部6は、充放電配線内に直列に配置され、負荷と組電池2との間を切り離すための開放スイッチ8(回路開放用スイッチ)と、スイッチ開放信号送出用配線7により接続されている。そして、組電池監視制御部6は、組電池2の電圧、各単電池1の電圧、各単電池1の温度、各単電池1の充放電電流、または、組電池2の充放電電流を測定した値の中に、予め規定された値が含まれている場合に、開放スイッチ8の操作信号を送出する。さらに、組電池監視制御部6には、各単電池1に接続されている単電池用充電器3の停止を指示する信号を送出するための信号送出用配線9が接続されている。
単電池用充電器3の充電方式は、二次電池がリチウムイオン二次電池の場合、定電流定電圧充電方式で行われ、各単電池用充電器3の充電条件は全て同一に設定される。同図において、各単電池用充電器3には、単電池1の充電用配線31と、単電池1の電池電圧をモニタし、単電池用充電器3の電圧制御を行うための電池電圧モニタ線32とが設けられる。すなわち、本実施の形態では、組電池2を構成する各単電池1は、完全に一個の電池の充電を行う状態で充電操作が行われる。
この様に、従来の組電池全体の充電方式とは異なり、単電池個別に最適な条件で充電が進むので、従来のような各単電池について個別に並列に接続される電圧調整回路は使用されない。このように、本実施の形態では、この電圧調整回路が不要であり、充電式組電池システムのコンパクト化及び経済化を図ることができる。
なお、単電池用充電器3は、直流電源でよく、整流器やコンバータが使用可能である。
図3は、組電池監視制御部6の構成を示すブロック図である。同図において、組電池監視制御部6は、組電池2の電圧(組電池電圧)や充放電電流、各単電池1の電圧(単電池電圧)、電池温度、充放電電流を測定した値を示す測定データを読み込むデータ読込部61と、データ読込部61が読み込んだ測定データにより各種演算を行う演算部62と、各種信号を送出する信号送出部63と、電池特性に関するデータを記憶する電池データ記憶部64と、商用電源11から所定の直流電圧を生成して各部に供給する電源部65とを有する。
一方、図9に示すように、Liイオン電池の容量が低下すると、ある充電時間が経過した後の「定電流充電モードにおける端子電圧」値には上昇が見られ、容量と端子電圧の間に良好な関係が成立している。同図に示すこの関係の一例では、120分以内の任意の時間において成立しており、定電流充電モードが進行している任意の時間において推定可能であることがわかる。
このように、本実施の形態では、組電池監視制御部6の演算部62は、このような両者の関係によって、各単電池1の定電流定電圧充電過程における「充電特性」を計測し、この計測値から各単電池1の容量を推定する。
単電池用充電器3の故障検出は、通常のトリクル充電状態においても、充電電流の測定、電池電圧のモニタによってある程度可能である。すなわち、電流が流れない、電池電圧が低下する、等の現象からである。
しかし、トリクル充電中の充電電流は極めてわずかであり、例えば、電池の定格容量の1/1000程度のオーダーであるため、定格100Ahの電池においても0.1A程度である。従って、測定が困難である。また、電池電圧は充電が停止してからも長期間に渡って一定値を示すことが多い。このようなことから、電池の測定から単電池用充電器3の故障検出を行うことは難しい。
この例では、充電式組電池システムへの配線内にダイオード15を配置しており、通常は電源13と接続される整流器14から組電池2への充電電流の流入はなく、直流負荷装置16には整流器14から電力が供給される。そして、組電池2内では、商用電源のなどの電源12aと接続される単電池用充電器3としての充電器3aから各単電池1のトリクル充電(充電器から電池に、電池の自己放電を補う程度の充電電流が供給される方式)が行われる。停電が発生すると、組電池2から直流負荷装置16に電力が供給され、停電が終了すると直流負荷装置16には整流器14から再び電力が供給される。一方、組電池2には、充電器3aからの充電が行われる。
なお、整流器14からの出力と、組電池2全体の電圧に大きな差が無ければ、必ずしもダイオード15は必要ではない。
この例では、組電池2の放電配線内に、電池放電の際に投入される電池投入スイッチ17が配置され、組電池2は、通常、各単電池1の個別の専用充電器である充電器3bによってトリクル充電状態で維持される。通常は、商用電源のなどの電源18と接続される整流器19からDC/AC変換器20により交流に変換された電力がAC負荷装置21に供給される。停電が発生すると、電池投入スイッチ17が閉じられ、組電池2からDC/AC変換器20を介してAC負荷装置21に電力が供給される。また、停電が終了すると電池投入スイッチ17が開放され、電源投入AC負荷装置21には整流器19から再び電力が供給される。一方、組電池2には、商用電源のなどの電源12bと接続された、単電池用充電器3としての充電器3bからの充電が行われる。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
2…組電池
3…単電池用充電器
3a、3b…充電器
4…電池測定用配線
5…組電池測定用配線
6…組電池監視制御部
7…スイッチ開放信号送出用配線
8…開放スイッチ
9…信号送出用配線
11…商用電源
12a、12b、13、18…電源
14、19…整流器
15…ダイオード
16…直流負荷装置
17…電池投入スイッチ
20…DC/AC変換器
21…AC負荷装置
31…充電用配線
32…電池電圧モニタ線
61…データ読込部
62…演算部
63…信号送出部
64…電池データ記憶部
65…電源部
Claims (4)
- リチウムイオン二次電池の単電池が複数個接続された組電池と、
前記組電池内の各単電池に個別に接続され、当該接続された単電池を定電流定電圧充電方式により充電する単電池用充電器と、
前記組電池の充放電配線内に直列に配置された回路開放用スイッチと、
前記組電池の電圧、前記各単電池の電圧、前記各単電池の端子温度、前記各単電池の充放電電流、または、前記組電池の充放電電流を計測した値を取得するとともに、計測した値の中に規定の値が測定された場合に、前記回路開放用スイッチの操作信号を送出する組電池監視制御部と、
前記単電池を定電流定電圧充電方式で充電した際の、所定の電圧に達するまでの定電流充電モードにおける複数の経過した充電時間と前記単電池の端子電圧と残存容量の関係のデータを記憶する記憶手段と、
を備え、
前記各単電池用充電器の充電設定電圧及び初期充電電流最大値は同一であり、
前記組電池監視制御部は、前記記憶手段に記憶されているデータと、前記計測した値により示される定電流充電モードの端子電圧とから前記単電池の残存容量を算定する、
ことを特徴とする充電式組電池システム。 - 前記組電池監視制御部は、
前記計測した値によって過放電を検出した場合には、前記回路開放用スイッチの開放を指示する操作信号を送出し、過充電を検出した場合には、前記単電池用充電器による充電を停止させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の充電式組電池システム。 - 前記組電池監視制御部は、前記計測した値により示される各単電池の充電特性に基づき、前記単電池用充電器、または、単電池の状態を判定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の充電式組電池システム。 - リチウムイオン二次電池の単電池が複数個接続された組電池と、
前記組電池内の各単電池に個別に接続され、当該接続された単電池を定電流定電圧充電方式により充電する単電池用充電器と、
前記組電池の充放電配線内に直列に配置された回路開放用スイッチと、
前記単電池を定電流定電圧充電方式で充電した際の、所定の電圧に達するまでの定電流充電モードにおける複数の経過した充電時間と前記単電池の端子電圧と残存容量の関係のデータを記憶する記憶手段と、
を備え、
前記各単電池用充電器の充電設定電圧及び初期充電電流最大値は同一である充電式組電池システムに用いられる組電池充電制御方法であって、
前記充電式組電池システムの組電池監視制御部が、
前記組電池の電圧、前記各単電池の電圧、前記各単電池の端子温度、前記各単電池の充放電電流、または、前記組電池の充放電電流を計測した値を取得し、
計測した値の中に規定の値が測定された場合に、前記回路開放用スイッチの操作信号を送出し、
前記記憶手段に記憶されているデータと、前記計測した値により示される定電流充電モードの端子電圧とから前記単電池の残存容量を算定する、
ことを特徴とする組電池充電制御方法。
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