JP4946747B2

JP4946747B2 - 蓄電システム

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Publication number: JP4946747B2
Application number: JP2007235116A
Authority: JP
Inventors: 裕紀小坂; 和宏竹田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: JP2009071921A

Description

本発明は、車両を駆動するためのモータに電力を供給する二次電池装置と補機用の低圧側蓄電モジュールとを備える蓄電システムに関する。

モータによって駆動力を得る電気自動車において、車両を駆動するためのモータに電力を供給するために、複数のバッテリモジュールを備える二次電池装置を用いることが一般的である。

このような電気自動車には、例えば、複数のバッテリモジュールを直列接続又は並列接続に切り換えることが可能に構成され、直列接続と並列接続とを切り換えることによって、出力電圧を変化させることができる。より具体的には、要求される電圧が小さい場合にはバッテリモジュールを全て並列接続に切り換えて出力電圧を小さくし、要求される電圧が大きい場合には、複数のバッテリモジュールを全て直列接続に切り換えて出力電圧を大きくする電気自動車が知られている（特許文献１参照。）。

このような複数のバッテリモジュールの直並列接続を切り換える二次電池装置では、直並列の切換時に、接続するバッテリモジュールとインバータとの電位差に起因する異常電流（突入電流）を抑制することが必要である。特許文献１に記載の発明では、複数のバッテリモジュールの直並列接続を切り換えるスイッチに、ヒューズや充電抵抗を含めることで、インバータへの供給電圧の変動を滑らかにして異常電流の発生を抑制している。
特開平５−２３６６０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、複数のバッテリモジュールを直並列とする接続スイッチを制御することによって、電圧が大きく変動するという問題点があり、回路構成に工夫が必要となる。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、二次電池装置に複数の蓄電モジュールを用いて直並列を切り換え可能であっても、電圧変動を少なくできる蓄電システムを提供することを目的とする。

本発明は、外部機器に電力を供給すると共に前記外部機器からの電力によって充電される二次電池装置と、前記二次電池装置に接続される補機回路と、前記二次電池装置及び前記補機回路を制御するコントローラと、を備える蓄電システムにおいて、第１分岐路に備えられる第１蓄電モジュールと、第１分岐路であって、第１蓄電モジュールの負極側に備えられる第１スイッチと、第１分岐路であって、第１スイッチの低電位側に備えられる第４スイッチと、第２分岐路に第１蓄電モジュールと並列に備えられる第２蓄電モジュールと、第２分岐路であって、第２蓄電モジュールの正極側に備えられる第２スイッチと、第１分岐路の第１蓄電モジュール及び第１スイッチの間と、第２分岐路の第２蓄電モジュール及び第２スイッチの間と、に構成されるバイパス路と、バイパス路に備えられる第３スイッチと、第２分岐路の第２蓄電モジュールと第２スイッチとの間に備えられる補機回路の正極側端子と、第１分岐路の第１スイッチと第４スイッチとの間に備えられる補機回路の負極側端子と、を備えた二次電池装置と、前記二次電池装置からの電力によって充電される第３蓄電モジュールを備えた補機回路とを備え、コントローラは、第１、第２、第３及び第４スイッチのオン及びオフを制御して、第２蓄電モジュールの電力によって第３蓄電モジュールを充電することを特徴とする。

本発明によると、二次電池装置と補機回路とを一つのシステムとして構成したので、スイッチ等の素子の耐圧を下げることができ、蓄電システムのコスト及び動作時の損失を低減することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明は、車両を駆動するためのモータに電力を供給するために、複数の蓄電モジュール（バッテリモジュール）を備える二次電池装置を備える。また、インバータを制御するための制御装置や補機等の電源に用いるための低電圧蓄電モジュールを備える。

ところで、前述の引用文献１に記載の発明のような蓄電モジュールの直並列を切り換え可能な蓄電システムに、低電圧蓄電モジュールを接続して、この低電圧蓄電モジュールを充電するような構成とする場合は、蓄電システムの出力端にＤＣＤＣコンバータを介して低電圧蓄電モジュールを接続するように構成することが一般的である。

例えば、特開２００３−６１２０９号公報には、車両駆動用のモータに接続されるバッテリモジュール以外に、インバータを制御するための制御装置や補機等の電源に用いるための低電圧バッテリモジュールが組み込まれた車両の電源装置が開示されている。この発明では、低電圧バッテリモジュールが二次電池装置の出力端にインバータと並列に接続されており、この低電圧バッテリモジュールがインバータを制御するための電源制御装置の電源としても使用される。また、低電圧バッテリモジュールの電力が消費されてＳＯＣが低下すると、ＤＣＤＣコンバータを用いて、二次電池装置から低電圧バッテリモジュールに充電を行う。

しかしながら、複数の蓄電装置の直並列接続を切り換える二次電池装置に、低電圧バッテリモジュールを接続する場合は、ＤＣＤＣコンバータを構成する素子の耐圧は、蓄電システムの直並列の切り換えによって発生する大きな電圧変化に対応できるように大きく設定する必要がある。そのため、システムのコストが増加し、耐圧の高い素子を用いることによる充放電の損失が増加する。

さらに、このような蓄電システムでは、二次電池装置とＤＣＤＣコンバータと低圧側蓄電モジュールとをそれぞれ異なる回路として構成する必要があったので、素子数が増加し、コスト及び損失が増加してしまう。

そこで、本発明では、以下に説明するような構成によって、複数の蓄電モジュールを直並列が切り換え可能な二次電池装置に、ＤＣＤＣコンバータを介して低電圧用バッテリモジュールを接続する場合に、二次電池装置のヒューズや充電抵抗を不要として素子数を低減させ、かつ、ＤＣＤＣコンバータの素子耐圧を小さくしてコスト及び損失を低減できる蓄電システムを提供する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態の蓄電システム１の構成ブロック図である。

蓄電システム１は、二次電池装置１０と補機回路２０とコントローラ１５とによって構成される。

二次電池装置１０は、図２において後述するインバータ等の外部装置と電気的に接続するための端子１１ａ及び１１ｂを備えている。この端子１１ａと１１ｂとの間に、経路１２が構成されている。

経路１２は、第１蓄電モジュール１３１と、第２蓄電モジュール１３２と、第１スイッチ１４１と、第２スイッチ１４２と、第３スイッチ１４３と、第４スイッチ１４４とを備えている。

第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２は、例えば蓄電池やキャパシタなどによって構成される二次電池である。図１に示す例では、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２は、何れも、上側が正極に、下側が負極にして設置されている。

また、第１スイッチ１４１から第４スイッチ１４４は、それぞれトランジスタと逆方向に接続されたダイオードとから構成されている。このトランジスタのベース電流を制御することによって、第１スイッチ１４１から第４スイッチ１４４のオン／オフを制御することができる。すなわち、このトランジスタが電流を断続する断続部として機能する。

経路１２は、第１分岐１２ａと第２分岐１２ｂとを含む。この第１分岐１２ａと第２分岐によって、経路１２が第１分岐路１２１と第２分岐路１２２とに分岐されている。

第１分岐路１２１は、第１蓄電モジュール１３１と、第１スイッチ１４１と、第４スイッチ１４４とを備えている。第２分岐路１２２は、第２スイッチ１４２と、第２蓄電モジュール１３２とを備えている。なお、第４スイッチ１４４は、第１分岐路１２１上の第１スイッチ１４１の低電位側に備えられる。

また、第１分岐路１２１の第１蓄電モジュール１３１と第１スイッチ１４１との間には第３分岐１２ｃが、第２分岐路１２２の第２スイッチ１４２と第２蓄電モジュール１３２との間には第４分岐１２ｄが、第１分岐路１２１の第１スイッチ１４１と第４スイッチ１４４との間には第５分岐１２ｅが、それぞれ備えられている。

第３分岐１２ｃと第４分岐１２ｄとの間には、バイパス路１２３が構成されている。バイパス路１２３は、第３スイッチ１４３を備えている。

補機回路２０は、二次電池装置１０と電気的に接続するための高電位側端子２３ａ及び低電位側端子２３ｂを備えている。

高電位側端子２３ａは、二次電池装置１０の第４分岐１２ｄに接続されている。低電位側端子２３ｂは、二次電池装置１０の第５分岐１２ｅに接続されている。

補機回路２０は、第３蓄電モジュール１３３とＤＣＤＣコンバータ２１とを備えている。

第３蓄電モジュール１３３は、例えば蓄電池やキャパシタ等の二次電池によって構成される。この第３蓄電モジュールは、インバータ３１（図２参照）を制御するための制御装置や補機等の電源に用いられるものであり、二次電池装置１０に備えられる蓄電モジュールよりも低電圧のものが用いられる。なお、図１に示す例では、第３蓄電モジュール１３３は、上側が正極に、下側が負極にして設置されている。

ＤＣＤＣコンバータ２１は、降圧機能を有する。ＤＣＤＣコンバータ２１は、二次電池装置１０から電力を得て、第３蓄電モジュール１３３を充電する。

ＤＣＤＣコンバータ２１は、スイッチ２１１と、第１ダイオード２１２と、第２ダイオード２１３と、平滑回路２１４と、スイッチング回路２１５とを備えている。スイッチ２１１は、ＤＣＤＣコンバータ２１の回路を遮断するためのものである。また、第１ダイオード２１２と、第２ダイオード２１３と、平滑回路２１４と、スイッチング回路２１５とによって、入力された電力を適切な電圧に降圧して、第３蓄電モジュール１３３を充電する。

コントローラ１５は、二次電池装置１０に備えられている各スイッチのオン／オフ及びＤＣＤＣコンバータ２１の降圧機能を制御する。

具体的には、コントローラ１５は、第１スイッチ１４１、第２スイッチ１４２、第３スイッチ１４３に流すベース電流を制御して、これら各スイッチのオン／オフを制御する。これにより二次電池装置１０の経路が変更され、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の直並列接続を切り換えることができる。

また、コントローラ１５は、補機回路２０のＤＣＤＣコンバータ２１を制御して、第３蓄電モジュールへの充電を制御する。

コントローラ１５は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）等を備えたマイクロコンピュータを備えている。なお、コントローラ１５が、複数のマイクロコンピュータによって構成されていてもよい。

ここで、蓄電システム１に備えられている各スイッチの詳細を説明する。

第１スイッチ１４１は、分岐路１２１において、第１蓄電モジュール１３１の負極側に備えられている。第１スイッチ１４１は、分岐路１２１の高電位側から低電位側への電流を断続するトランジスタと、分岐路１２１の高電位側から低電位側への電流を遮断し、低電位側から高電位側への電流のみを許容するダイオードとを備えている。すなわち、第１スイッチ１４１がオフに制御されている場合は、分岐路１２１の高電位側から低電位側への電流が遮断され、オンに制御された場合は、分岐路１２１の高電位側から低電位側への電流が許容される。

第２スイッチ１４２は、分岐路１２２において、第２蓄電モジュール１３２の正極側に備えられている。第２スイッチ１４２は、分岐路１２２の高電位側から低電位側への電流を断続するトランジスタと、分岐路１２２の高電位側から低電位側への電流を遮断し、低電位側から高電位側への電流のみを許容するダイオードとを備えている。すなわち、第２スイッチ１４２がオフに制御されている場合は、分岐路１２２の高電位側から低電位側への電流が遮断され、オンに制御された場合は、分岐路１２２の高電位側から低電位側への電流が許容される。

第３スイッチ１４３は、バイパス路１２３において、第１蓄電モジュール１３１の負極側と第２蓄電モジュール１３２の正極側との間に備えられている。第３スイッチ１４３は、第２蓄電モジュール１３２の正極側から第１蓄電モジュール１３１の負極側への電流を断続するトランジスタと、第２蓄電モジュール１３２の正極側から第１蓄電モジュール１３１の負極側への電流を遮断し、第１蓄電モジュール１３１の負極側から第２蓄電モジュール１３２の正極側への電流のみを許容するダイオードとを備えている。すなわち、第３スイッチ１４３がオフに制御されている場合は、第２蓄電モジュール１３２の正極側から第１蓄電モジュール１３１の負極側への電流が遮断され、オンに制御された場合は、第２蓄電モジュール１３２の正極側から第１蓄電モジュール１３１の負極側への電流が許容される。

第４スイッチ１４４は、分岐路１２１において、第１蓄電モジュール１３１の負極側、かつ、第１スイッチ１４１の低電位側に備えられている。第４スイッチ１４４は、分岐路１２１の低電位側から高電位側への電流を断続するトランジスタと、分岐路１２１の低電位側から高電位側への電流を遮断し、高電位側から低電位側への電流のみを許容するダイオードとを備えている。第４スイッチ１４４がオフに制御されている場合は、分岐路１２１の低電位側から高電位側への電流が遮断され、オンに制御された場合は、分岐路１２１の低電位側から高電位側への電流が許容される。

なお、これら第１スイッチ１４１〜第４スイッチ１４４は、トランジスタとダイオードによって構成されているが、例えば、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を適用することができる。

図２は、図１に示す蓄電システム１を車両に搭載した状態を示す構成ブロック図である。

二次電池装置１０は、インバータ３１を介してモータジェネレータ３２に接続されている。

二次電池装置１０は、モータジェネレータ３２に電力を供給して力行運転すると共に、モータジェネレータ３２によって発電された電力によって充電される。なお、インバータ３１は、入力端に平滑コンデンサ３１ａを備えており、この平滑コンデンサ３１ａの働きによって電圧の変動が抑制される。

次に、コントローラ１５によって実行される、二次電池装置１０の充電方法を説明する。

本実施の形態では、第１蓄電モジュール１３１に設定された電圧が第２蓄電モジュール１３２に設定された電圧よりも高い場合の充電方法を第１充電方法と呼び、第１蓄電モジュール１３１に設定された電圧が第２蓄電モジュール１３２に設定された電圧よりも低い場合の充電方法を第２充電方法と呼ぶ。以下に、第１充電方法及び第２充電方法の処理を説明する。
＜第１充電方法＞
図３は、コントローラ１５が実行する第１充電方法の処理を示すフローチャートである。

モータジェネレータ３２によって発生した電力は、インバータ３１を介して、二次電池装置１０に備えられている第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を充電する。このとき、コントローラ１５は、図３に示す処理を実行する。

なお、本フローチャートに示す処理を実行する前は、第１スイッチ１４１から第４スイッチ１４４は、全てオフの状態である。

まず、ステップＳ１０１において、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の充電が必要か否かを判定する。充電が必要か否かは、例えば蓄電モジュールのＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）で判定する。第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の充電が必要である場合は、ステップＳ１０２に処理を移行する。充電が不要である場合は、本フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ１０２において、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１の電圧Ｖ１及び第２蓄電モジュール１３２の電圧Ｖ２をそれぞれ取得する。

次に、ステップＳ１０３において、コントローラ１５は、取得した電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との関係が、Ｖ１＞Ｖ２であるか、Ｖ１＝Ｖ２であるかを判定する。Ｖ１＞Ｖ２である場合はステップＳ１０４に処理を移行し、Ｖ１＝Ｖ２である場合はステップＳ１０７に処理を移行する。

ステップＳ１０４において、コントローラ１５は、第２スイッチ１４２をオンに制御し、第３スイッチ１４３及び第４スイッチ１４４をオフに制御する。

次に、ステップＳ１０５において、コントローラ１５は、充電を実行する。具体的には、コントローラ１５は、上位のコントローラやモータジェネレータを制御するＭＣＵ（モータコントローラユニット）等に、充電可能状態であることを送信する。これを受けて、インバータ３１から電力が供給されて、充電が実行される。

このとき、経路１２において、第２スイッチ１４２のみがオンであり、第３スイッチ１４３及び第４スイッチ１４４がオフである。従って、端子１１ａからの入力電力は、第１分岐１２ａ、第２スイッチ１４２のトランジスタ、第４分岐１２ｄを経由して第２蓄電モジュール１３２を充電する。このとき、電圧が低い第２蓄電モジュール１３２が充電され、第１蓄電モジュール１３１は充電されない。これによって、第２蓄電モジュール１３２の電圧が上昇する。

次に、ステップＳ１０６において、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１の電圧Ｖ１及び第２蓄電モジュール１３２の電圧Ｖ２を再度取得する。

次に、ステップＳ１０７において、コントローラ１５は、取得した電圧Ｖ１及びＶ２の電位差が所定値１以下であるか否かを判定する。電位差が所定値１以下である場合はステップＳ１０８に処理を移行し、電位差が所定値１に満たない場合はステップＳ１０６の処理に戻り、再び電圧を取得して電位差を確認する。

ステップＳ１０８において、コントローラ１５は、第１スイッチ１４１をオンに制御する。

このとき、経路１２において、第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２がオンであり、第３スイッチ１４３及び第４スイッチ１４４がオフである。従って、第１蓄電モジュール１３１と第２蓄電モジュール１３２とが並列回路となり、第１蓄電モジュール１３１と第２蓄電モジュール１３２とが並列に充電される。

次に、ステップＳ１０９において、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の充電が完了しているかを判定する。充電が完了している場合は処理を終了し、充電が未完了である場合は、充電を継続して、ステップＳ１０９を繰り返し実行する。

以上の処理によって、第１蓄電モジュール１３１の電圧が第２蓄電モジュール１３２の電圧よりも高い場合の充電（第１充電方法）がなされる。

図４は、図３の第１充電方法における、各スイッチのオン／オフの状態及び各蓄電モジュールの充電状態を示した説明図である。

図４に示す図は、横軸に時間軸を、縦軸に各スイッチの状態及び各蓄電モジュールの充電状態を示す。

まず、初期状態では、各スイッチは全てオフ状態となっている。

ここで、図３のステップＳ１０１で充電の必要有りと判定され、ステップＳ１０３で第１蓄電モジュール１３１の電圧Ｖ１が第２蓄電モジュール１３２の電圧Ｖ２よりも大きいと判定された場合は、ステップＳ１０４において、第２スイッチ１４２をオンに制御する。この制御により第２蓄電モジュール１３２が充電される。

このとき、第４スイッチ１４４をオフに制御するので、第１蓄電モジュール１３１から第２蓄電モジュール１３２への異常電流が流れることを防止する。また、このとき第３スイッチ１４３をオフに制御するので、第２蓄電モジュール１３２が短絡することを防止する。

この制御によって、第１蓄電モジュール１３１の電圧Ｖ１（図中では一点鎖線で示す）と第２蓄電モジュール１３２の電圧Ｖ２（図中では二点鎖線で示す）との電位差は次第に小さくなる。

そして、図３のステップＳ１０７において、電位差が所定値１よりも小さくなったと判定された場合は、第１スイッチ１４１をオンに制御して、第１蓄電モジュール１３１と第２蓄電モジュール１３２とを並列接続して並列に充電する。

なお、図３のステップＳ１０７で用いる所定値１は、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を並列接続した場合に、電圧の低い側に異常電流が流れない程度の値に設定する。

この処理の後、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２が共に充電され、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の充電が完了すると、図３
に示す第１充電方法の処理を終了する。
＜第２充電方法＞
図５は、コントローラ１５が実行する第２充電方法の処理を示すフローチャートである。

前述のように、モータジェネレータ３２によって発生した電力は、インバータ３１を介して、二次電池装置１０に備えられている第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を充電する。このとき、コントローラ１５は、図５に示す処理を実行する。

まず、ステップＳ２０１において、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の充電が必要か否かを判定する。充電が必要か否かは、例えば蓄電モジュールのＳＯＣで判定する。第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の充電が必要である場合はステップＳ２０２に処理を移行する。充電が不要である場合は本フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ２０２において、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１の電圧Ｖ１及び第２蓄電モジュール１３２の電圧Ｖ２をそれぞれ取得する。

次に、ステップＳ２０３において、コントローラ１５は、取得した電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との関係が、Ｖ１＜Ｖ２であるか、Ｖ１＝Ｖ２であるかを判定する。Ｖ１＜Ｖ２である場合はステップＳ２０４に処理を移行し、Ｖ１＝Ｖ２である場合はステップＳ２０７に処理を移行する。

ステップＳ２０４において、コントローラ１５は、第１スイッチ１４１及び第３スイッチ１４３をオフに制御する。

次に、ステップＳ２０５において、コントローラ１５は、補機回路２０を用いて第３蓄電モジュール１３３を充電する。

具体的には、コントローラ１５は、補機回路２０のスイッチ２１１をオンに制御すると共にＤＣＤＣコンバータ２１を動作させる。これによって、二次電池装置１０から補機回路２０に電力が供給されて、第３蓄電モジュール１３３の充電が実行される。

このとき、経路１２において、全てのスイッチがオフである。従って、経路１２は、第第１蓄電モジュール１３１、第３分岐１２ｃ、第３スイッチ１４３のダイオード、第４分岐１２ｄを介して第２蓄電モジュール１３２に至る直列回路となる。ここで、補機回路２０への充電を開始すると、高電位側端子２３ａと低電位側端子２３ｂとの間には、第２蓄電モジュール１３２の電力が供給される。これによって、第２蓄電モジュール１３２の電力が消費されて、第３蓄電モジュール１３２の電圧が下降する。

次に、ステップＳ２０６において、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１の電圧Ｖ１及び第２蓄電モジュール１３２の電圧Ｖ２を再度取得する。

次に、ステップＳ２０７において、コントローラ１５は、取得した電圧Ｖ１及びＶ２の電位差が所定値２以下であるか否かを判定する。電位差が所定値２以下である場合はステップＳ２０８に処理を移行し、電位差が所定値２に満たない場合はステップＳ２０６の処理に戻り、再び電圧を取得して電位差を確認する。

ステップＳ２０８において、コントローラ１５は、第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２をオンに制御する。

次に、ステップＳ２０９において、コントローラ１５は、充電を実行する。すなわち、コントローラ１５は、上位のコントローラ又はＭＣＵ（モータコントローラユニット）に充電可能状態であることを送信し、充電を実行する。

次に、ステップＳ２１０において、コントローラ１５は、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の充電が完了しているかを判定する。充電が完了している場合は処理を終了し、充電が未完了である場合は、充電を継続してステップＳ２０９を繰り返し実行する。

以上の処理によって、第１蓄電モジュール１３１の電圧が第２蓄電モジュール１３２の電圧よりも低い電圧である場合の充電がなされる（第２充電方法）。

図６は、図５の第２充電方法における、各スイッチのオン／オフの状態及び各蓄電モジュールの充電状態を示した説明図である。

図６に示す図は、横軸に時間軸を、縦軸に各スイッチの状態及び各蓄電モジュールの充電状態を示す。

まず、初期状態では、各スイッチは全てオフ状態となっている。なお、第４スイッチ１４４のオン／オフの状態は図５の動作に関与しないので、破線で示す
ここで、図５のステップＳ２０１で充電の必要有りと判定され、ステップＳ２０３で第１蓄電モジュール１３１の電圧Ｖ１が第２蓄電モジュール１３２の電圧Ｖ２よりも小さいと判定された場合は、ステップＳ２０４において、第１スイッチ１４１及び第３スイッチ１４３をオフに制御する。特に、第１スイッチ１４１をオフに制御することによって、第２蓄電モジュール１３２から第１蓄電モジュール１３１への異常電流を防止する。

ここで、ステップＳ２０５において、第２蓄電モジュール１３２の電力によって、補機回路２０の第３蓄電モジュール１３３を充電する。なお、このときは、第２蓄電モジュール１３２の電位が第１蓄電モジュール１３１よりも高いので、第２スイッチ１４２のオン／オフの状態にかかわらず、第２蓄電モジュール１３２の電力が第３蓄電モジュール１３３に充電される。

そして、図５のステップＳ２０７によって、電位差が所定値２よりも小さくなったと判定された場合は、第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２をオンに制御して、第１蓄電モジュール１３１と第２蓄電モジュール１３２とを並列接続する。

なお、図５のステップＳ２０７で用いる所定値２は、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２を並列接続した場合に、電圧の低い側に異常電流が流れない程度の値に設定する。

この処理の後、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２の充電が完了すると、図５に示す第１充電方法の処理を終了する。

以上のように、本発明の第１の実施の形態では、複数の蓄電モジュール（第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２）の直並列接続を切り換え、かつ、ＤＣＤＣコンバータ２１を介して低圧側の第３蓄電モジュール１３３に充電可能な蓄電システムにおいて、第１蓄電モジュール１３１に設定された電圧が第２蓄電モジュール１３２に設定された電圧よりも高い場合は、第２蓄電モジュールをモータジェネレータ３２が発電した電力により充電することにより、これらの蓄電モジュールの電位差を小さくさせる。

また、第１蓄電モジュール１３１に設定された電圧が第２蓄電モジュール１３２に設定された電圧よりも低い場合は、第２蓄電モジュール１３２によって、補機用の低電圧側の第３蓄電モジュール１３３を充電することにより、これらの蓄電モジュールの電位差を小さくさせる。

そして、二つの蓄電モジュールの電位差が小さくなったときに、これら二つの蓄電モジュールを並列接続して、共に充電する。

このように構成することによって、二次電池装置１０と補機回路２０とを一つのシステムとして構成したので、スイッチ等の素子の数を削減することができ、スイッチの増加による充電抵抗の増加を軽減することができる。

また、補機回路２０に入力される電圧は、常に二次電池装置１０の蓄電モジュール一つ分の電圧となるので、補機回路のＤＣＤＣコンバータ２１の可変電圧レンジを大きくする必要がなく、補機回路２０に使用する素子の耐圧を低くすることができ、コストの低減及び充放電時の損失を低く抑えることができる。

また、二次電池装置１０の蓄電モジュール間に電圧のばらつきがあった場合にも、電位差を小さくしてから充電するので、電圧の変動が少なく効率の高い充電が可能となる。

なお、本発明の第１の実施の形態では、二次電池装置１０に備えられている第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２が並列接続されて充電される場合よりも、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２が直列接続されて充電される場合に、第３蓄電モジュール１３３の目標蓄電量を小さくしている。これによって、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２が直列接続されている場合に、第３蓄電モジュール１３３の充電頻度を少なくすることができるので、第３蓄電モジュール１３３への充電によって第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２に電圧のバラつきが発生することを抑制することができる。
＜第２実施形態＞
次に第２の実施の形態の蓄電システムについて説明する。

前述の第１の実施の形態では、二次電池装置１０に備えられている第２蓄電モジュール１３２によって補機回路２０の第３蓄電モジュール１３３を充電するように構成したが、第１蓄電モジュール１３１によって補機回路２０の第３蓄電モジュール１３３を充電するように構成してもよい。なお、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図７は、本発明の第２の実施の形態の蓄電システム１を車両に搭載した状態を示す構成ブロック図である。

第１分岐路１２１は、第１蓄電モジュール１３１と、第１スイッチ１４１とを備えている。第２分岐路１２２は、第４スイッチ１４４と、第２スイッチ１４２と、第２蓄電モジュール１３２とを備えている。なお、第２分岐路１２２上において、第２スイッチ１４２は第２蓄電モジュール１３２の高電位側に備えられ、第４スイッチ１４４は第２スイッチ１４２の高電位側に備えられる。

第１分岐路１２１の第１蓄電モジュール１３１と第１スイッチ１４１との間には第３分岐１２ｃが、第２分岐路１２２の第４スイッチ１４４と第２スイッチ１４２との間には第４分岐１２ｄが、第２分岐路１２２の第２スイッチ１４２と第２蓄電モジュール１３２との間には第５分岐１２ｅが、それぞれ備えられている。

この第３分岐１２ｃと第４分岐１２ｄとの間には、バイパス路１２３が構成されている。バイパス路１２３は、第３スイッチ１４３を備えている。

補機回路２０の高電位側端子２３ａは、二次電池装置１０の第４分岐１２ｄに接続されている。低電位側端子２３ｂは、二次電池装置１０の第３分岐１２ｃに接続されている。

このように構成された第２の実施の形態の蓄電システム１の動作は、前述の第１の実施の形態と同様である。

すなわち、図３のステップＳ１０４の処理によって、第２スイッチ１４２をオンに制御することによって、第２蓄電モジュール１３２のみが充電される。

また、図３のステップＳ１０７の処理によって、第１スイッチ１４１をオンに制御することによって、第１蓄電モジュール１３１と第２蓄電モジュール１３２とが並列接続されて、並列して充電される。

また、図５のステップＳ２０４及びＳ２０５の処理によって、第１スイッチ１４１及び第３スイッチ１４３をオフに制御して、第１蓄電モジュールの電力によって補機回路２０の第３蓄電モジュール１３３を充電する。

そして、図５のステップＳ２０７によって、電位差が所定値２よりも小さくなったと判定された場合は、第１スイッチ１４１及び第２スイッチ１４２をオンに制御して、第１蓄電モジュール１３１と第２蓄電モジュール１３２とが並列接続されて、第１蓄電モジュール１３１及び第２蓄電モジュール１３２が充電される。

以上のように、本発明の第２の実施の形態では、第１蓄電モジュール１３１によって、補機回路２０の第３蓄電モジュール１３３を充電するように構成しても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態の蓄電システムの構成ブロック図である。本発明の第１の実施の形態の蓄電システムを車両に搭載した状態を示す構成ブロック図である。本発明の第１の実施の形態のコントローラが実行する第１充電方法の処理を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態の第１充電方法における、各スイッチのオン・オフの状態及び各蓄電モジュールの充電状態を示した説明図である。本発明の第１の実施の形態のコントローラが実行する第２充電方法の処理を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態の第２充電方法における、各スイッチのオン・オフの状態及び各蓄電モジュールの充電状態を示した説明図である。本発明の第２の実施の形態の蓄電システムを車両に搭載した状態を示す構成ブロック図である。

符号の説明

１蓄電システム
１０二次電池装置
１２経路
１５コントローラ
２０補機回路
２１ＤＣＤＣコンバータ
３１インバータ
３２モータジェネレータ
１２１第１経路
１２２第２経路
１２３バイパス路
１３１第１蓄電モジュール
１３２第２蓄電モジュール
１３３第３蓄電モジュール
１４１第１スイッチ
１４２第２スイッチ
１４３第３スイッチ
１４４第４スイッチ

Claims

外部機器に電力を供給すると共に前記外部機器からの電力によって充電される二次電池装置と、前記二次電池装置に接続される補機回路と、前記二次電池装置及び前記補機回路を制御するコントローラと、を備える蓄電システムにおいて、
前記二次電池装置は、
前記外部機器と電気的に接続する正極側端子及び負極側端子間に構成された経路を分岐して、並列に構成される第１分岐路及び第２分岐路が構成され、
前記第１分岐路に備えられる第１蓄電モジュールと、
前記第１分岐路であって、前記第１蓄電モジュールの負極側に備えられる第１スイッチと、
前記第１分岐路であって、前記第１スイッチの低電位側に備えられる第４スイッチと、
前記第２分岐路に前記第１蓄電モジュールと並列に備えられる第２蓄電モジュールと、
前記第２分岐路であって、前記第２蓄電モジュールの正極側に備えられる第２スイッチと、
前記第１分岐路の第１蓄電モジュール及び第１スイッチの間と、前記第２分岐路の第２蓄電モジュール及び第２スイッチの間と、に構成されるバイパス路と、
前記バイパス路に備えられる第３スイッチと、
前記第２分岐路の第２蓄電モジュールと第２スイッチとの間に備えられる前記補機回路の正極側端子と、
前記第１分岐路の第１スイッチと第４スイッチとの間に備えられる前記補機回路の負極側端子と、を備え、
前記補機回路は、前記二次電池装置からの電力によって充電される第３蓄電モジュールを備え、
前記コントローラは、前記第１、第２、第３及び第４スイッチのオン及びオフ、及び、前記補機回路の第３蓄電モジュールの充電を制御し、
前記第１スイッチは、前記第２蓄電モジュールの負極側から前記第１蓄電モジュールの負極側への電流のみを許容する第１ダイオードと、前記第１蓄電モジュールの負極側から前記第２蓄電モジュールの負極側への電流を断続する第１断続部と、を備え、
前記第２スイッチは、前記第２蓄電モジュールの正極側から前記第１蓄電モジュールの正極側への電流のみを許容する第２ダイオードと、第１蓄電モジュールの正極側から第２蓄電モジュールの正極側への電流を断続する第２断続部と、を備え、
前記第３スイッチは、前記第１蓄電モジュールの負極側から前記第２蓄電モジュールの正極側への電流のみを許容する第３ダイオードと、第２蓄電モジュールの正極側から第１蓄電モジュールの負極側への電流を断続する第３断続部と、を備え、
前記第４スイッチは、前記第１蓄電モジュールの負極側から前記第２蓄電モジュールの負極側への電流のみを許容する第４ダイオードと、第２蓄電モジュールの負極側から第１蓄電モジュールの負極側への電流を断続する第４断続部と、を備え、
前記コントローラは、前記第１、第２、第３及び第４スイッチのオン及びオフを制御して、前記第２蓄電モジュールの電力によって前記第３蓄電モジュールを充電することを特徴とする蓄電システム。
前記コントローラは、
前記第１蓄電モジュールの電圧が前記第２蓄電モジュールの電圧よりも高い場合に、
前記第２スイッチの第２断続部をオンに、前記第３スイッチの第３断続部及び前記第４スイッチの第４断続部をオフに制御し、
前記第１蓄電モジュールの電圧と前記第２蓄電モジュールの電圧との差が所定値以下となるまで、前記外部装置から前記第２蓄電モジュールを充電させることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
前記コントローラは、
前記第２蓄電モジュールの電圧が前記第１蓄電モジュールの電圧よりも高い場合に、
前記第２スイッチの第２断続部をオフに制御し、
前記第１蓄電モジュールの電圧と前記第２蓄電モジュールの電圧との差が所定値以下となるまで、前記第２蓄電モジュールの電力によって前記補機回路により前記第３蓄電モジュールを充電させることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
外部機器に電力を供給すると共に前記外部機器からの電力によって充電される二次電池装置と、前記二次電池装置に接続される補機回路と、前記二次電池装置及び前記補機回路を制御するコントローラと、を備える蓄電システムにおいて、
前記二次電池装置は、
前記外部機器と電気的に接続する正極側端子及び負極側端子間に構成された経路を分岐して、並列に構成される第１分岐路及び第２分岐路とが構成され、
前記第１分岐路に備えられる第１蓄電モジュールと、
前記第１分岐路であって、前記第１蓄電モジュールの負極側に備えられる第１スイッチと、
前記第２分岐路に前記第１蓄電モジュールと並列に備えられる第２蓄電モジュールと、
前記第２分岐路であって、前記第２蓄電モジュールの正極側に備えられる第２スイッチと、
前記第１分岐路の第１蓄電モジュール及び第１スイッチの間と、前記第２分岐路の第２蓄電モジュール及び第２スイッチの間と、に構成されたバイパス路と、
前記バイパス路に備えられる第３スイッチと、
前記第２分岐路であって、前記第２スイッチの高電位側に備えられる第４スイッチと、
前記第２分岐路の第２スイッチと第４スイッチとの間に備えられる前記補機回路の正極側端子と、
前記第１分岐路の第１蓄電モジュールと第１スイッチとの間に備えられる前記補機回路の負極側端子と、を備え、
前記補機回路は、前記二次電池装置からの電力によって充電される第３蓄電モジュールを備え、
前記コントローラは、前記第１、第２、第３及び第４スイッチのオン及びオフ、及び、前記補機回路の第３蓄電モジュールの充電を制御し、
前記第１スイッチは、前記第２蓄電モジュールの負極側から前記第１蓄電モジュールの負極側への電流のみを許容する第１ダイオードと、前記第１蓄電モジュールの負極側から第２蓄電モジュールの負極側への電流を断続する第１断続部と、を備え、
前記第２スイッチは、前記第２蓄電モジュールの正極側から前記第１蓄電モジュールの正極側への電流のみを許容する第２ダイオードと、前記第１蓄電モジュールの正極側から前記第２蓄電モジュールの正極側への電流を断続する第２断続部と、を備え、
前記第３スイッチは、前記第１蓄電モジュールの負極側から前記第２蓄電モジュールの正極側への電流のみを許容する第３ダイオードと、前記第２蓄電モジュールの正極側から前記第１蓄電モジュールの負極側への電流を断続する第３断続部と、を備え、
前記第４スイッチは、前記第１蓄電モジュールの正極側から前記第２蓄電モジュールの正極側への電流のみを許容する第４ダイオードと、前記第２蓄電モジュールの正極側から前記第１蓄電モジュールの正極側への電流を断続する第４断続部と、を備え、
前記コントローラは、前記第１、第２、第３及び第４スイッチのオン及びオフを制御して、前記第２蓄電モジュールの電力によって前記第３蓄電モジュールを充電することを特徴とする蓄電システム。
前記コントローラは、
前記第１蓄電モジュールの電圧が前記第２蓄電モジュールの電圧よりも高い場合に、
前記第１スイッチの第１断続部をオンに、前記第３スイッチの第３断続部及び前記第４スイッチの第４断続部をオフに制御し、
前記第１蓄電モジュールの電圧と前記第２蓄電モジュールの電圧との差が所定値以下となるまで、前記外部装置から前記第２蓄電モジュールを充電させることを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
前記コントローラは、
前記第２蓄電モジュールの電圧が前記第１蓄電モジュールの電圧よりも高い場合に、
前記第２スイッチの第２断続部をオフに制御し、
前記第１蓄電モジュールの電圧と前記第２蓄電モジュールの電圧との差が所定値以下となるまで、前記第２蓄電モジュールの電力によって、前記補機回路により前記第３蓄電モジュールを充電させることを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
前記コントローラは、
前記第１蓄電モジュールの電圧と前記第２蓄電モジュールの電圧との差が所定値以内である場合は、
前記第１スイッチの第１断続部及び前記第２スイッチの第２断続部をオンに制御し、前記第３スイッチの第３断続部をオフに制御し、
前記第１蓄電モジュール及び前記第２蓄電モジュールの充電が完了するまで、前記外部装置から前記第１蓄電モジュール及び前記第２蓄電モジュールを充電させることを特徴とする請求項１から６に記載の蓄電システム。
前記コントローラは、前記第１スイッチの第１断続部をオンに制御することにより前記第１蓄電モジュールと前記第２蓄電モジュールとが並列接続されている場合よりも、前記第３スイッチの第３断続部をオンに制御することにより前記第１蓄電モジュールと前記第２蓄電モジュールとが直列接続されている場合に、前記第３蓄電モジュールの目標蓄電量を小さく設定することを特徴とする請求項１から７の少なくとも一つに記載の蓄電システム。