JP5519169B2 - 電池ユニットおよび車両 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電制御装置、電池パック、車両および蓄電制御方法に関する。

モータ駆動用の電池を搭載した電気自動車が記載されている。

特開平０５−２０７６６４号公報

複数の電池を備える電池ユニットにおいて、蓄電残量が小さい電池の蓄電電力を有効に利用することができないという課題があった。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、蓄電制御装置であって、複数の電池から、蓄電量が予め定められた値より小さい１以上の電池を放電対象電池として選択する放電電池選択部と、１以上の放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、蓄電装置を充電する充放電制御部とを備える。

充放電制御部は、１以上の放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、１以上の放電対象電池より内部抵抗が小さい蓄電装置を充電してよい。

放電電池選択部は、複数の放電対象電池を選択し、充放電制御部は、複数の放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、蓄電装置を充電してよい。

複数の放電対象電池を直列に接続させる接続制御部をさらに備え、充放電制御部は、直列に接続された複数の放電対象電池を蓄電装置に接続して、蓄電装置を充電してよい。

蓄電装置は、キャパシタであってよい。

放電電池選択部は、複数の電池のうちで蓄電量が他の電池より少ない１以上の電池を放電対象電池として選択し、充放電制御部は、１以上の放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、他の電池を充電してよい。

複数の電池のそれぞれの蓄電量を示す値として、複数の電池のそれぞれの内部抵抗値を取得する電池情報取得部をさらに備え、放電電池選択部は、複数の電池から、内部抵抗値が予め定められた値より大きい１以上の電池を放電対象電池として選択してよい。

複数の電池から電力負荷に供給すべき電力が予め定められた値を超える場合に、少なくとも蓄電装置に蓄えられているエネルギを電力負荷に供給する出力制御部をさらに備えてよい。

複数の電池は車両に搭載され、蓄えているエネルギを車両に搭載されたモータに供給し、蓄電制御装置は、モータを始動する場合に、少なくとも蓄電装置に蓄えられているエネルギをモータに供給する出力制御部をさらに備えてよい。

複数の電池は、リチウムイオン電池であってよい。

本発明の第２の態様においては、電池パックであって、上記蓄電制御装置と、上記複数の電池とを備える。

本発明の第３の態様においては、車両であって、上記電池パックと、電池パックに蓄えられているエネルギにより駆動されるモータとを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

電力供給システム１０の一例を示す図である。 給電制御部１２０の内部構成の一例を示す図である。 複数の電池ユニット１１０への充電シーケンスの一例を示す図である。 車両１００ａへの充電電流の時間発展の一例を示す図である。 他の車両１００に蓄電電力を供給する処理フローの一例を示す図である。 電池ユニット１１０の内部構成の一例を示す図である。 電池モジュール６００の接続状態の一例を示す図である。 蓄電装置６１２にエネルギが移行される様子を模式的に示す図である。 電池群を並行して充電する場合の接続状態の一例を示す図である。 複数の電池群を並行充電する場合の処理フローの一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、電力供給システム１０の一例を示す。本実施形態における電力供給システム１０は、複数の車両１００ａ−ｚを能率的に充電することができる充電システムとして機能することができる。車両１００ａ−ｚは、電気エネルギを動力とする電気自動車であってよい。以下の説明において、複数の車両１００ａ−ｚを、車両１００と総称する場合がある。

電力供給システム１０は、給電スタンド１８０、スタンド用充電ケーブル１８２、および、車両間充電ケーブル１８４を備える。給電スタンド１８０は、車両１００の外部の電源である外部電源の一例であり、車両１００において消費される電力を車両１００に供給する。ここで消費とは、車両１００に搭載された電気機器が動作するために電力が使用されること、および、車両１００に搭載された電池ユニットに電力が蓄電されることを含む。

給電スタンド１８０には、複数のスタンド用充電ケーブル１８２が接続されている。スタンド用充電ケーブル１８２は、給電スタンド１８０と車両１００とを電気的に接続して、給電スタンド１８０から車両１００に電力を供給することができる。

車両間充電ケーブル１８４は、車両１００と他の車両１００とを電気的に接続して、車両１００から他の車両１００に電力を供給することができる。後述するように、車両間充電ケーブル１８４は、給電スタンド１８０から供給された電力、または、車両１００に搭載された電池から供給される電力を、他の車両１００に供給することができる。

スタンド用充電ケーブル１８２および車両間充電ケーブル１８４により、給電スタンド１８０と複数の車両１００とをカスケード式に接続することができる。このため、例えば駐車場などの広い空間に駐車している複数の車両１００を、１箇所に設けられた給電スタンド１８０で能率的に充電することができる。

車両１００ａは、入力コネクタ１５１ａ、受電電路１２３ａ、第１給電路１２１ａ、交直変換器１３０ａ、電池ユニット１１０ａ、出力電路１２４ａ、直交変換器１３２ａ、第２給電路１２２ａ、出力コネクタ１５２ａ、モータ１４０ａ、および、車輪１６０ａを有する。入力コネクタ１５１ａは、スタンド用充電ケーブル１８２を接続することができる。出力コネクタ１５２は、車両間充電ケーブル１８４を接続することができる。

車両１００ｂは、車両１００ａと同様の機能を持つ構成要素を有する。車両１００ｂが有する各構成要素は、車両１００ａにおいて対応する構成要素の符号の末尾をｂに替えた符号で参照される。例えば、車両１００ｂは、入力コネクタ１５１ｂ、受電電路１２３ｂ、第１給電路１２１ｂ、交直変換器１３０ｂ、電池ユニット１１０ｂ、出力電路１２４ｂ、直交変換器１３２ｂ、第２給電路１２２ｂ、出力コネクタ１５２ｂ、モータ１４０ｂ、および、車輪１６０ｂを有する。入力コネクタ１５１ｂおよび出力コネクタ１５２ｂは、車両間充電ケーブル１８４を接続することができる。

車両１００ｚは、入力コネクタ１５１ｚ、第１給電路１２１ｚ、交直変換器１３０ｚ、電池ユニット１１０ｚ、出力電路１２４ｚ、直交変換器１３２ｚ、および、モータ１４０ｚを有する。車両１００ｃが有する各構成要素は、それぞれ、車両１００ａが有する同名の構成要素と同様の機能を有する。

以後の説明において、車両１００ａおよび車両１００ｂが共に有する同名の構成要素、または、車両１００ａ、車両１００ｂ、および、車両１００ｚが共に有する同名の構成要素は、符号の末尾を省略して総称される。例えば、給電制御部１２０ａおよび給電制御部１２０ｂは、給電制御部１２０と総称される。また、入力コネクタ１５１ａ、入力コネクタ１５１ｂ、および、入力コネクタ１５１ｚは、入力コネクタ１５１と総称される。

入力コネクタ１５１は、給電スタンド１８０から電力を車両１００に供給するスタンド用充電ケーブル１８２、または、他の車両１００の電池ユニット１１０から電力を車両１００に供給する車両間充電ケーブル１８４を外部から着脱可能に設けられる。なお、給電スタンド１８０および他の車両１００の電池ユニット１１０は、特定の車両１００から見た場合に外部の電源として機能するので、以後の説明では、給電スタンド１８０および他の車両１００の電池ユニット１１０を外部電源と総称する場合がある。

第１給電路１２１は、入力コネクタ１５１で受け取った外部電源からの電力である受電電力を、電池ユニット１１０に供給する。第１給電路１２１は、車両１００の外部の外部電源から受け取った受電電力を電池ユニット１１０に供給する。第２給電路１２２は、受電電力を車両１００の外部に供給する。例えば、第２給電路１２２は、出力コネクタ１５２を介して、受電電力を他の車両１００に搭載された電池ユニット１１０に供給する。このように、出力コネクタ１５２は、第２給電路１２２に供給された電力を他の車両１００に供給する充電ケーブルを、外部から着脱可能に設けられる。

給電制御部１２０は、第１給電路１２１および第２給電路１２２のそれぞれへの受電電力の供給量を制御する。後に説明するように、給電制御部１２０は、一例として、受電電路１２３を第１給電路１２１と第２給電路１２２のいずれに接続するかを制御する。

ここでは、スタンド用充電ケーブル１８２を通じて車両１００に供給される電力は、交流であるとする。第１給電路１２１には交直変換器１３０が設けられ、交流電力を直流電力に変換する。交直変換器１３０により得られた直流電力は、電池ユニット１１０を充電する充電電力として、電池ユニット１１０に供給される。電池ユニット１１０は、充電電力により蓄電される。

電池ユニット１１０は、蓄電した電力を、出力電路１２４に直流電力として出力することができる。出力電路１２４には直交変換器１３２が設けられており、直交変換器１３２により電池ユニット１１０からの直流電力は交流電力に変換される。直交変換器１３２には、モータ１４０が電気的に接続される。モータ１４０は、電池ユニット１１０に蓄えられているエネルギにより駆動され、例えば車輪１６０を駆動する。モータ１４０は、交流モータであってよい。なお、モータ１４０は直流モータであってもよく、この場合、モータ１４０は直交変換器１３２を介することなく電池ユニット１１０に接続されてよい。

直交変換器１３２により得られた交流電力は、給電制御部１２０の制御により第２給電路１２２に供給され得る。例えば、電池ユニット１１０に蓄電された電力を他の車両１００に供給する場合に、給電制御部１２０は、出力電路１２４を第２給電路１２２に接続する。このように、給電制御部１２０は、電池ユニット１１０から車両１００の外部への第２給電路１２２を通じた電力の供給量を制御する。本実施形態の車両１００によると、他の車両１００の電池ユニット１１０から、車両間充電ケーブル１８４を通じて電力を受け取ることができる。

なお、少なくとも、スタンド用充電ケーブル１８２により給電スタンド１８０と接続された車両１００ａに搭載された電池ユニット１１０ａは、急速充電可能な電池ユニットであってよい。車両１００ｂおよび車両１００ｚなど、他の車両１００を介して電力を供給される車両１００に搭載された電池ユニット１１０は、急速充電することができない電池ユニットであってよい。例えば、給電スタンド１８０は、電圧４００Ｖの電力をスタンド用充電ケーブル１８２を通じて車両１００ａに供給する。電池ユニット１１０ａは、給電スタンド１８０からの電圧４００Ｖの電力を用いて急速充電され得る。一方、電池ユニット１１０ｂおよび電池ユニット１１０ｚは、電圧１００Ｖの電力を用いて充電することができるが、電圧４００Ｖの電力を用いて急速充電することはできない。

この場合に、給電制御部１２０ａは、給電スタンド１８０からの受電電力を電圧１００Ｖの電力に変換して、車両１００ｂに供給する。具体的には、給電制御部１２０ａは、電池ユニット１１０ｂを充電するのに適した電圧に受電電力の電圧を変換する変圧器を有してよい。給電制御部１２０ａは、当該変圧器の出力を第２給電路１２２ａに接続することにより、電池ユニット１１０ｂを充電するのに適した電圧の電力を車両１００ｂに供給することができる。

なお、電池ユニット１１０ｂも急速充電可能な電池ユニットである場合には、給電制御部１２０ａは、給電スタンド１８０からの受電電力を変圧することなく、例えば電圧４００Ｖの電力を車両１００ｂに供給してよい。なお、給電制御部１２０ａは、電池ユニット１１０ｂの適正充電電圧を示す情報を給電制御部１２０ｂから取得することにより、電池ユニット１１０ｂが急速充電可能な電池ユニットであるか否かを判断してよい。他にも、出力コネクタ１５２ａは、それぞれ車両間充電ケーブル１８４を接続することができる急速充電用の出力ソケットおよび非急速充電用の出力ソケットを有しており、急速充電用の出力ソケットに車両間充電ケーブル１８４が接続されている場合に、電池ユニット１１０ｂが急速充電可能な電池ユニットである旨を判断してもよい。

また、車両１００ｚは、車両１００ａ、車両１００ｂと異なり、他の車両１００に電力を供給することはできない。車両１００ｚは、カスケード的に接続された車両１００列の末端に位置することになるが、給電スタンド１８０から離れた位置に駐車するようにすれば、電力供給システム１０を有効に運用することができる。

図２は、給電制御部１２０の内部構成の一例を示す。給電制御部１２０は、第１スイッチ部２１１、第２スイッチ部２１２、第１切替制御部２２１、第２切替制御部２２２、および、充電情報取得部２３０を有する。

第１スイッチ部２１１は、受電電力の供給先を、第１給電路１２１と第２給電路１２２とのいずれかに切り替える。第１切替制御部２２１は、第１スイッチ部２１１による受電電力の供給先の切り替えを制御する。第１スイッチ部２１１により受電電路１２３と第１給電路１２１とが接続された場合には、受電電力は第１給電路１２１に供給され、第２給電路１２２には供給されない。

第２スイッチ部２１２は、電池ユニット１１０による蓄電電力の供給先の、第２給電路１２２に対する接続を切り替える。第２切替制御部２２２は、第２スイッチ部２１２による蓄電電力の供給先の接続を制御する。第２スイッチ部２１２により出力電路１２４と第２給電路１２２とが接続された場合には、電池ユニット１１０の蓄電電力は第２給電路１２２に供給される。なお、第２スイッチ部２１２により出力電路１２４と第２給電路１２２とが接続された場合には、少なくとも受電電路１２３と第２給電路１２２とは第１スイッチ部２１１により切断されるとする。

充電情報取得部２３０は、電池ユニット１１０の蓄電量を、電池ユニット１１０から取得する。第１切替制御部２２１は、充電情報取得部２３０が取得した電池ユニット１１０の蓄電量が予め定められた値に達している場合に、受電電路１２３を第２給電路１２２に接続する。このように、第１切替制御部２２１は、第１スイッチ部２１１により受電電力の供給先を第２給電路１２２に接続させる。

給電制御部１２０によると、電池ユニット１１０の蓄電量が予め定められた値に達している場合に、第２給電路１２２に受電電力を供給することができるので、特定の車両１００の電池ユニット１１０が満充電になった場合に、他の車両１００に順次充電していくことができる。車両１００を互いに接続しておけば、車両１００の電池ユニット１１０の充電が順次完了していくので、車両１００の充電を管理する管理コストを低減することができる。

充電情報取得部２３０は、他の車両１００の給電制御部１２０から、他の車両１００の車両への給電の要求を取得することができる。充電情報取得部２３０は、第２給電路１２２を通じた電力線通信により給電の要求を取得してよい。充電情報取得部２３０は、他の車両１００の給電制御部１２０から、無線通信により給電の要求を取得してもよい。

第２切替制御部２２２は、他の車両１００から給電を要求された場合に、第２スイッチ部２１２により蓄電電力の供給先を第２給電路１２２に接続させる。このとき、第２切替制御部２２２は、電池ユニット１１０の蓄電量が予め定められた値を超えていることを条件として、第２スイッチ部２１２により蓄電電力の供給先を第２給電路１２２に接続させてよい。この制御により、他の車両１００に給電することによって、車両１００を動作させることができない量まで電池ユニット１１０の蓄電量が減少してしまうことを未然に防ぐことができる。

図３は、複数の電池ユニット１１０への充電シーケンスの一例を示す。給電制御部１２０ａは、給電スタンド１８０からの受電電力を用いて、電池ユニット１１０ａの充電を時刻ｔ０において開始する。給電制御部１２０ａは、電池ユニット１１０ａが満充電された旨を時刻ｔ１において判断した場合に、第１スイッチ部２１１ａを制御して、受電電路１２３ａを第２給電路１２２ａに接続する。これにより、時刻ｔ１以後、車両１００ｂに搭載された電池ユニット１１０ｂの充電が開始される。

給電制御部１２０ｂは、第２給電路１２２ａを介して給電スタンド１８０からの電力を受電して、当該受電した電力を、電池ユニット１１０ｂに供給する。給電制御部１２０ｂは、電池ユニット１１０ｂが満充電された旨を時刻ｔ２において判断した場合に、第１スイッチ部２１１ｂを制御して、受電電路１２３ｂを第２給電路１２２ｂに接続する。これにより、時刻ｔ２以後、車両１００ｂと車両間充電ケーブル１８４で接続された車両１００の電池ユニット１１０の充電が開始される。

このようにして、車両間充電ケーブル１８４でカスケード接続された複数の車両１００に対して、電池ユニット１１０の充電が順次行われる。電力供給システム１０によると、スタンド用充電ケーブル１８２を各車両に接続し替えることなく、複数の車両１００がそれぞれ自発的に充電を管理するので、管理者がいなくても複数の車両１００を順次充電することができる。また、給電スタンド１８０は、単に充電電力をスタンド用充電ケーブル１８２を通じて供給するだけでよく、複数の車両１００の充電を制御しなくてよい。

なお、複数の車両１００を充電する順番は、車両１００が自発的に決定してよい。例えば、複数の車両１００のそれぞれの充電情報取得部２３０が、電池ユニット１１０の蓄電量を示す情報を交換し合い、それぞれの車両１００の第１切替制御部２２１は、蓄電量がより小さい電池ユニット１１０がより優先して充電されるべく、第１スイッチ部２１１を制御してよい。この制御によると、電池ユニット１１０がある程度蓄電された車両１００をより多くユーザに提供することができる。この制御は、最低限の蓄電量が確保されている車両１００を数多く準備しなければならない場合などに適している。

逆に、それぞれの車両１００の第１切替制御部２２１は、蓄電量が満充電により近い電池ユニット１１０がより優先して充電されるべく、第１スイッチ部２１１を制御してよい。この制御によると、満充電に達した電池ユニット１１０を有する車両１００を、ユーザに速やかに提供することができる。この制御は、長距離移動に用いる車両１００を速やかに準備しなければならない場合などに適している。

図４は、車両１００ａへの充電電流の時間発展の一例を示す。本図に関連して、複数の車両１００を並行して充電する制御について説明する。

なお、図２および図３に関連して、第１スイッチ部２１１により受電電力の提供先を切り替える制御について説明したが、ここでは、受電電路１２３は、第１給電路１２１および第２給電路１２２のいずれにも接続できるものとする。そして、給電制御部１２０は、第１給電路１２１および第２給電路１２２への受電電力の供給量を制御することができるとする。例えば、給電制御部１２０は、インバータ制御により、電力の供給量を制御することができる。

給電スタンド１８０が供給することができる電流量がＩｍａｘであるとする。充電電流の時間発展４１０に示されるように、車両１００ａに搭載された電池ユニット１１０ａは、蓄電量が所定値より小さい期間、略一定の電流で充電される。蓄電量が所定値に達すると、電池ユニット１１０ａの過充電を防ぐべく、充電電流量は徐々に低減される。

時刻ｔ４００において、電池ユニット１１０ａを充電するのに所要の充電電流量Ｉ４００をＩｍａｘから差し引いた差分電流量が、車両１００ｂに供給すべき最低の電流量を超えたとする。この場合に、給電制御部１２０ａは、電池ユニット１１０ｂ用の充電電力を供給すべく、時刻ｔ４００において、第２給電路１２２ａに受電電力の一部を供給する。これにより、車両１００ａと車両１００ｂを並行して充電することができる。

このように、過充電を防ぐべく充電電力を低減させることで得られた余剰の電力を、他の車両１００に供給することができる。なお、過充電を防ぐ目的でなくとも、電池ユニット１１０の蓄電量が大きくなるほど、電池ユニット１１０への供給電力量は小さくてよい場合がある。この場合にも他の車両１００の電池ユニット１１０を充電するだけの余剰の電力を得ることができる。したがって、給電制御部１２０は、予め定められた蓄電量と電池の蓄電量との差がより小さいほど、第２給電路１２２への受電電力の供給量を増加させてよい。より具体的には、給電制御部１２０は、電池ユニット１１０の満充電量と電池ユニット１１０の蓄電量との差がより小さいほど、第２給電路１２２への受電電力の供給量を増加させてよい。このような制御により、複数の車両１００を並行して充電することができるので、複数の車両１００を速やかに充電することができる。

図５は、蓄電電力を他の車両１００に供給する場合における処理フローの一例を示す。ここでは、電池ユニット１１０ａの蓄電電力を、電池ユニット１１０ｂに供給する場合を例に挙げて説明する。

ステップ５０２において、給電制御部１２０ａは、車両１００ｂから給電の要求を取得する。このとき、給電制御部１２０ａは、給電制御部１２０ｂから給電要求信号を受信することで、給電の要求を取得してよい。他にも、給電制御部１２０ａは、出力コネクタ１５２ａに車両間充電ケーブル１８４が接続されたか否かを判断して、出力コネクタ１５２ａに車両間充電ケーブル１８４が接続されたことを、給電の要求とみなすこともできる。

ステップ５０４において、充電情報取得部２３０は、電池ユニット１１０ａの蓄電量を取得する。充電情報取得部２３０は、電池ユニット１１０ａの出力端子間の電圧値（例えば、解放電圧値）を取得することで、電池ユニット１１０ａの蓄電量を取得してよい。

ステップ５０６において、電池ユニット１１０ａの蓄電量から最低蓄電量を差し引いた差分蓄電量が、要求電力量より大きいか否かを判定する。ここで、要求電力量は、車両１００ｂから要求された電力量であり、電池ユニット１１０ｂを充電するのに要する電力量を例示することができる。充電情報取得部２３０は、給電制御部１２０ｂから当該要求電力量を取得してよい。

ステップ５０６における判定がＹＥＳ判定の場合、ステップ５０８において、給電制御部１２０は給電することができる旨を給電制御部１２０ｂに通知する。なお、給電制御部１２０ｂは、当該通知を受けたことを条件として、電池ユニット１１０ｂに対する充電制御を開始する。

ステップ５１０において、第２スイッチ部２１２により出力電路１２４が第２給電路１２２ａに接続されて、電池ユニット１１０ａの出力が第２給電路１２２に接続される。そして、ステップ５１２において電池ユニット１１０ａから電池ユニット１１０ｂに給電され、要求電力量に相当する量の電力を供給した場合に、処理を終了する。

ステップ５０６における判定がＮＯ判定の場合には、ステップ５１４において、給電制御部１２０は給電ができない旨を給電制御部１２０ｂに通知して、処理を終了する。給電制御部１２０ｂは、当該通知を受け付けた場合には、電池ユニット１１０ｂに対する充電制御を開始しない。

以上説明した給電制御部１２０の制御により、車両１００間で電力を授受することができる。電池ユニット１１０の蓄電量が不足して車両１００が停止してしまった場合でも、近くの給電スタンドまで移動するのに要する量の電力を他の車両１００から受け取ることで、給電スタンド１８０まで移動することができる。

図６は、電池ユニット１１０の内部構成の一例を示す。電池ユニット１１０は、電池モジュール集合体６１０、充電制御部６７０、分割判断部６６０、電池情報取得部６２０、放電電池選択部６３０、充放電制御部６５０、出力制御部６５２、蓄電装置６１２、出力端子６９０を含む。

なお、図１から図５に関連して、車両１００は、入力コネクタ１５１、受電電路１２３、交直変換器１３０、および、第１給電路１２１をそれぞれ１つずつ有するとしたが、入力コネクタ１５１、受電電路１２３、交直変換器１３０、および、第１給電路１２１を複数セット有することもできる。この構成では、複数の入力コネクタ１５１には、それぞれ別のスタンド用充電ケーブル１８２を同時に接続することができる。そして、給電制御部１２０は、各セットを個別に制御して、複数の入力コネクタ１５１から受電した受電電力を用いて、電池ユニット１１０を充電することができる。この構成での充電制御については、図９および図１０に関連して説明する。

電池モジュール集合体６１０は、複数の電池モジュール６００を含む。電池モジュール６００は、正極および負極の端子６０２を持つ。以後の説明では、図面に向かって左側を正極端子、右側を負極端子とする。電池モジュール６００のそれぞれは、複数の電池セルを持つ。電池モジュール６００の内部において、複数の電池セルは直列接続されてよい。複数の電池セルの少なくとも一部は、並列接続されていてもよい。なお、本実施形態においては、電池ユニット１１０がこの発明における電池パックの一例であるが、他の形態では、電池モジュール集合体６１０または電池モジュール６００が電池パックとして機能することもできる。なお、本実施形態において、電池セルはリチウムイオン電池であるとする。電池セルは、ニッケル水素電池など、他の種類の二次電池であってよい。

直列接続された複数の電池モジュール６００の両端の出力端子が、電池モジュール集合体６１０の出力として、出力電路６０４により２つの出力端子６９０に電気的に接続される。なお、複数の電池モジュール６００の少なくとも一部は、並列に接続されてもよい。例えば、直列接続された複数の電池モジュール６００による電池モジュール群が、複数個並列に接続され、その並列接続の出力が、出力端子６９０に電気的に接続されてもよい。２つの出力端子６９０は、出力電路１２４に電気的に接続される。

電池情報取得部６２０、放電電池選択部６３０、接続制御部６４０、充放電制御部６５０、出力制御部６５２、および、蓄電装置６１２により形成される機能ブロックは、蓄電量が低下した電池モジュール６００に蓄えられた蓄電エネルギを有効に利用することができる蓄電制御部として機能する。なお、電池モジュール集合体６１０が有するその他の構成要素である分割判断部６６０および充電制御部６７０については、図９および図１０に関連して説明する。

蓄電制御部として機能する上記機能ブロックの機能により、蓄電量が低下した電池モジュール６００に蓄えられた蓄電エネルギが、蓄電装置６１２に集められる。蓄電装置６１２に集められたエネルギは、例えばモータ１４０の始動時など、大電流が流れるタイミングで使用される。

具体的には、放電電池選択部６３０は、複数の電池モジュール６００から、蓄電量が予め定められた値より小さい１以上の電池モジュール６００を、放電対象電池として選択する。充放電制御部６５０は、１以上の放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、蓄電装置６１２を充電する。蓄電装置６１２は、電池モジュール６００より小さい内部抵抗を有することが望ましい。充放電制御部６５０は、１以上の放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、１以上の放電対象電池より内部抵抗が小さい蓄電装置６１２を充電することが好ましい。

充放電制御部６５０は、放電対象電池からの出力を、放電電路６５４を介して受け取る。放電電路６５４を介して受け取った放電対象電池からの電力を用いて、蓄電装置６１２を蓄電する。放電電路６５４間の出力電圧が予め定められた電圧値（例えば、蓄電装置６１２が満充電されている場合の充電電圧）より低い場合には、放電電路６５４を介して入力された電圧を昇圧して蓄電装置６１２を充電してよい。例えば、充放電制御部６５０は、チャージポンプで昇圧することができる。

放電電池選択部６３０は、複数の放電対象電池を選択してよい。そして、充放電制御部６５０は、複数の放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、蓄電装置６１２を充電してよい。放電電池選択部６３０が複数の放電対象電池を選択した場合には、接続制御部６４０は、複数の放電対象電池を直列に接続させる。そして、充放電制御部６５０は、直列に接続された複数の放電対象電池を蓄電装置６１２に接続して、蓄電装置６１２を充電する。蓄電量が低下するにつれて電池モジュール６００の出力間の電圧値も低下するが、接続制御部６４０が複数の放電対象電池を直列に接続することで、放電電路６５４の電圧を高めることができる。このため、昇圧することなく蓄電装置６１２に蓄電することができる場合がある。

電池情報取得部６２０は、複数の電池モジュール６００のそれぞれの蓄電量を示す値として、複数の電池モジュール６００のそれぞれの内部抵抗値を取得する。そして、放電電池選択部６３０は、複数の電池モジュール６００から、内部抵抗値が予め定められた値より大きい１以上の電池モジュール６００を放電対象電池として選択する。

出力制御部６５２は、複数の電池から電力負荷に供給すべき電力が予め定められた値を超える場合に、少なくとも蓄電装置６１２に蓄えられているエネルギを電力負荷に供給する。具体的には、出力制御部６５２は、接続スイッチ６１４を開から閉にすることにより、蓄電装置６１２に蓄えられているエネルギを電力負荷に供給する。具体的には、出力制御部６５２は、接続スイッチ６１４を閉にして接続電路６１６を出力端子６９０に電気的に接続することにより、蓄電装置６１２に蓄えられているエネルギを電力負荷に供給する。

なお、電力負荷としては、モータ１４０の他、車両１００内部に搭載された他の電気機器を例示することができる。例えば、出力制御部６５２は、当該他の電気機器の電源投入時の突入電力を供給すべく、少なくとも蓄電装置６１２に蓄えられているエネルギを電気機器に供給してよい。

既に説明したように、複数の電池モジュール６００は、車両１００に搭載され、蓄えているエネルギを車両１００に搭載されたモータ１４０に供給するが、出力制御部６５２は、モータ１４０を始動する場合に、少なくとも蓄電装置６１２に蓄えられているエネルギをモータ１４０に供給してよい。出力制御部６５２は、モータ１４０を始動する始動信号、他の電気機器への電源投入を指示する電源投入信号などの負荷情報を検出した場合に、蓄電装置６１２に蓄えられているエネルギを電力負荷に供給してよい。

なお、上記の説明では、放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、電池モジュール集合体６１０とは別に設けられた蓄電装置６１２を充電するとしたが、他の例では、放電対象電池以外の電池モジュール６００を、放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて充電してもよい。具体的には、放電電池選択部６３０は、複数の電池のうちで蓄電量が他の電池より少ない１以上の電池モジュール６００を放電対象電池として選択してよい。充放電制御部６５０は、１以上の放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、他の電池モジュール６００を充電してよい。

図７は、電池モジュール６００の接続状態の一例を示す。説明を簡単にすべく、接続制御部６４０が６つの電池モジュール６００の接続を切り替える場合を例に挙げて説明する。全ての電池モジュール６００の蓄電量が予め定められた基準値以上である場合には、複数の電池モジュール６００は直列に接続されているとする。

ここで、放電電池選択部６３０は、電池情報取得部６２０が取得した蓄電量に基づき、蓄電量が予め定められた基準値より小さくなった電池モジュール６００−３、電池モジュール６００−５、および、電池モジュール６００−６を、放電対象電池として選択したとする。接続制御部６４０は、電池モジュール６００−２と電池モジュール６００−３との間の接続を切断するとともに、電池モジュール６００−３の正極端子と、放電電路６５４とを、バイパス電路７１０により電気的に接続する。

また、接続制御部６４０は、電池モジュール６００−３と電池モジュール６００−４との間の接続を切断するとともに、電池モジュール６００−４と電池モジュール６００−５との間の接続を切断して、電池モジュール６００−３の負極端子と、電池モジュール６００−５の正極端子とを、バイパス電路７１１により電気的に接続する。そして、電池モジュール６００−６の負極端子を、バイパス電路７１２により放電電路６５４に接続する。これにより、電池モジュール６００−３、電池モジュール６００−５、および、電池モジュール６００−６が直列に接続され、直列接続の両端の出力が、放電電路６５４に接続される。そして、充放電制御部６５０の制御により、電池モジュール６００−３、電池モジュール６００−５、および、電池モジュール６００−６に蓄えられたエネルギは、蓄電装置６１２に移される。

また、接続制御部６４０は、電池モジュール６００−２の負極端子と、電池モジュール６００−４の正極端子とを、バイパス電路７００により電気的に接続する。接続制御部６４０は、電池モジュール６００−４の負極端子を、バイパス電路７０１により出力電路６０４に電気的に接続する。この接続制御により、電池モジュール６００−１、電池モジュール６００−２、および、電池モジュール６００−４の直列接続の両出力端が、出力電路６０４に電気的に接続される。

図８は、蓄電装置６１２にエネルギが移される様子を模式的に示す。電池モジュール６００−３、電池モジュール６００−５、および、電池モジュール６００−６に残されたエネルギのうちの所定量が、電力として蓄電装置６１２に移され、蓄電装置６１２において、例えば電荷として蓄えられる。充放電制御部６５０は、電池モジュール６００−３、電池モジュール６００−５、および、電池モジュール６００−６に、所定量のエネルギを残して、蓄電装置６１２への放電を終了する。これにより、放電対象の電池モジュール６００が完全放電してしまうことを未然に防ぐことができる。

図９は、電池モジュール６００により形成される複数の電池群を並行して充電する場合の接続状態の一例を示す。本図および図１０において、電池情報取得部６２０、接続制御部６４０、分割判断部６６０、および、充電制御部６７０の機能および動作を説明する。電池情報取得部６２０、接続制御部６４０、分割判断部６６０、および、充電制御部６７０により形成される機能ブロックは、複数の電池群を並行充電する充電制御部として機能する。

以下に、上記充電制御部として機能する各構成要素の機能および動作を説明する。接続制御部６４０は、外部電源から受け取ることができる受取電流量に応じて、複数の電池モジュール６００の間の接続を切り替えて複数の電池群に分割する。具体的には、接続制御部６４０は、受取電流量が大きいほど、複数の電池モジュール６００をより多くの電池群に分割する。充電制御部６７０は、分割された複数の電池群を、外部電源から受け取った電力で並行して充電する。具体的には、充電制御部６７０は、外部電源から受け取った電力を電池群の数だけ分電して、分電した電力を用いて、それぞれ分割された複数の電池群を並行して充電する。

ここで簡便には、受取電流量は、スタンド用充電ケーブル１８２または車両間充電ケーブル１８４（充電ケーブルと総称する）が接続されている入力コネクタ１５１の数を指標とすることができる。例えば、１００Ｖ１５Ａの電力を供給することができる充電ケーブルを用いて充電する場合に、充電ケーブルがより多く接続されているほど、受取電流量も当然に大きくなる。

複数の入力コネクタ１５１をコネクタ部と総称すると、コネクタ部には、それぞれ外部電源から電力を車両１００に供給する複数の充電ケーブルを外部から着脱される。接続制御部６４０は、コネクタ部により多くの充電ケーブルが装着されている場合に、複数の電池モジュール６００をより多くの電池群に分割する。実際的には、接続制御部６４０は、複数の電池モジュール６００を、コネクタ部に装着されている数の電池群に分割する。

なお、各充電ケーブルは、独立した外部電源からの電力が供給される。したがって、接続制御部６４０は、受電することができる部電源の数がより多い場合に、複数の電池モジュール６００をより多い電池群に分割する。実際的には、接続制御部６４０は、複数の電池モジュール６００を、外部電源の数の電池群に分割する。

分割判断部６６０は、複数の電池モジュール６００を複数の電池群に分割するか否かを判断する。例えば、分割判断部６６０は、複数の充電ケーブルがコネクタ部に接続されている場合に、複数の電池モジュール６００を複数の電池群に分割する旨を判断してよい。分割判断部６６０は、受取電流量に基づいて、複数の電池を複数の電池群に分割するか否かを判断してよい。

接続制御部６４０は、分割判断部６６０により分割すべき旨が判断された場合に、複数の電池を複数の電池群に分割する。そして、充電制御部６７０は、分割判断部６６０により分割すべき旨が判断された場合に、分割された複数の電池群を、外部電源から受け取った電力で並行して充電する。

なお、入力コネクタ１５１はＮ個設けられているとする。入力コネクタ１５１に接続された充電ケーブルからの受電電力をそれぞれ受電電路１２３−１〜Ｎで供給されるとする。充電制御部６７０は、複数の充電器６７２−１〜Ｎを有する。以下の説明では、複数の受電電路１２３−１〜Ｎを、受電電路１２３または複数の受電電路１２３と総称する。また、複数の充電器６７２−１〜Ｎを、充電器６７２または複数の充電器６７２と総称する。また、複数の充電器６７２は、複数の受電電路１２３に対応して設けられている。複数の充電器６７２のそれぞれは、対応する１つの受電電路１２３から受電電力を受け取る。複数の充電器６７２のそれぞれは、対応する１つの受電電路１２３から受け取った受電電力を用いて、対応する電池群を充電する。

図９を参照すると、接続制御部６４０により分割された電池群の一例が示されている。説明を簡単にすべく、接続制御部６４０が６つの電池モジュール６００の接続を切り替える場合を例に挙げて説明する。説明が冗長にならないよう図７と同様のグループで分割されるとする。すなわち、電池モジュール６００は、電池モジュール６００−１、電池モジュール６００−２、および、電池モジュール６００−４の第１電池群と、電池モジュール６００−３、電池モジュール６００−５、および、電池モジュール６００−６の第２電池群とに分割されたとする。

バイパス電路９００は、バイパス電路７００と同様のバイパス電路であり、バイパス電路９１１は、バイパス電路７１１と同様のバイパス電路である。以下の説明では、図７で説明したバイパス電路と異なるバイパス電路９０１、バイパス電路９１０、および、バイパス電路９１２の接続先を説明する。

電池モジュール６００−１の正極端子は、出力電路６０４ではなく、個別充電電路６７４−１に接続される。電池モジュール６００−４の負極端子は、バイパス電路９０１により、個別充電電路６７４に電気的に接続される。電池モジュール６００−３の正極端子は、バイパス電路９１０により個別充電電路６７４−２に電気的に接続される。電池モジュール６００−６の負極端子は、バイパス電路９１２により、個別充電電路６７４−２に接続される。

第１電池群は、個別充電電路６７４−１を介して、充電器６７２−１の制御により充電される。第２電池群は、個別充電電路６７４−２を介して、充電器６７２−２の制御により充電される。１本の充電ケーブルで受電する場合に比べると、２本の充電ケーブルで充電する場合の方が、充電ケーブルあたりに充電すべき電池モジュール６００の数を小さくすることができる。このため、１本の充電ケーブルで受電する場合に比べて、より短い時間で電池モジュール６００を充電することができる場合がある。

例えば、１本の充電ケーブルで１００Ｖ１５Ａの電力を受け取ることができる場合には、電池モジュール６００を急速充電することができないとする。受電電路１２３−１および受電電路１２３−２でそれぞれ１００Ｖ１５Ａの受電電力を受け取ることができる場合には、１本の充電ケーブルで受電する場合に比べて、電池モジュール６００のそれぞれを高い電圧で充電することができる。急速充電できる程度にまで電圧を高くすることができれば、各電池群をそれぞれ急速充電することができ、著しく速やかに電池ユニット１１０を充電することができる場合がある。

図１０は、複数の電池群を並行充電する場合の処理フローの一例を示す。ステップ１００２において、分割判断部６６０は、充電ケーブルが接続された入力コネクタ１５１の数をカウントする。例えば、入力コネクタ１５１には充電ケーブルの接続の有無に対応して開閉されるスイッチが設けられており、分割判断部６６０は、当該スイッチの開閉に応じた出力を取得することにより、充電ケーブルが接続された入力コネクタ１５１の数をカウントしてよい。

ステップ１００４において、電池情報取得部６２０は、電池モジュール６００のそれぞれの劣化度を示す情報を取得する。電池モジュール６００のそれぞれの劣化度は、電池モジュール６００のそれぞれの内部抵抗の測定値に基づき決定されてよい。電池モジュール６００のそれぞれの内部抵抗の測定値そのものを、電池モジュール６００のそれぞれの劣化度とすることもできる。

その他、電池モジュール６００には劣化度情報を記憶したメモリが設けられており、電池情報取得部６２０は、当該メモリに記憶された劣化度情報を取得することで、電池モジュール６００のそれぞれの劣化度を示す情報を取得してもよい。なお、劣化度は、電池モジュール６００を充電した場合の充電カーブ、または、電池モジュール６００を放電させた場合の放電カーブに基づき算出され、メモリに記憶されていてよい。なお、電池モジュール６００内の複数の電池セルのそれぞれの劣化度の平均的な値（例えば、平均値、中間値など）を、電池モジュール６００の劣化度の指標としてよい。他にも、複数の電池セルのそれぞれの劣化度のうち最大の劣化度を、電池モジュール６００の劣化度の指標とすることができる。

ステップ１００６において、接続制御部６４０は、電池モジュール６００の劣化度に基づき、接続されている充電ケーブル数の電池群に分割する。具体的には、接続制御部６４０は、劣化度がより近い電池を、より優先して同じ電池群に分割してよい。例えば、接続制御部６４０は、電池モジュール６００を２つの電池群に分割する場合には、劣化度の高い順に所定数の電池モジュール６００を選択して直列に接続するとともに、その他の電池モジュール６００を選択して直列に接続してよい。そして、ステップ１００８において、複数の充電器６７２のそれぞれは、対応する１の電池群をそれぞれ充電する。劣化度に応じて電池群に分割することで、劣化度に応じた適切な充電制御をすることができる。

なお、ステップ１００６において、接続制御部６４０は、内部抵抗値に基づき複数の電池群に分割してもよい。例えば、接続制御部６４０は、内部抵抗値がより近い電池モジュール６００を、より優先して同じ電池群に分割してよい。内部抵抗値は、ステップ１００４において電池情報取得部６２０により取得されてよい。内部抵抗値に応じて電池群に分割することで、内部抵抗の大きさいに応じた適切な充電制御をすることができる。

他にも、接続制御部６４０は、蓄電量に基づき複数の電池群に分割してもよい。接続制御部６４０は、蓄電量がより近い電池モジュール６００を、より優先して同じ電池群に分割してよい。蓄電量は、ステップ１００４において電池情報取得部６２０により取得されてよい。なお、接続制御部６４０は、電池群におけるトータルの蓄電量が略同一になる組み合わせで、電池モジュール６００を複数の電池群に分割してよい。これにより、各電池群の充電所要時間を平均化することができる場合がある。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 電力供給システム、１００ 車両、１１０ 電池ユニット、１２０ 給電制御部、１２３ 受電電路、１２４ 出力電路、１３０ 交直変換器、１３２ 直交変換器、１４０ モータ、１５１ 入力コネクタ、１５２ 出力コネクタ、１６０ 車輪、１８０ 給電スタンド、１８２ 充電ケーブル、１８４ 車両間充電ケーブル、１２１ 第１給電路、１２２ 第２給電路、２１１ 第１スイッチ部、２２１ 第１切替制御部、２１２ 第２スイッチ部、２２２ 第２切替制御部、２３０ 充電情報取得部、４１０ 時間発展、６００ 電池モジュール、６０２ 端子、６０４ 出力電路、６１０ 電池モジュール集合体、６１２ 蓄電装置、６１４ 接続スイッチ、６１６ 接続電路、６２０ 電池情報取得部、６３０ 放電電池選択部、６４０ 接続制御部、６５０ 充放電制御部、６５２ 出力制御部、６５４ 放電電路、６６０ 分割判断部、６７０ 充電制御部、６７２ 充電器、６７４ 個別充電電路、６９０ 出力端子、７００ バイパス電路、７０１ バイパス電路、７１０ バイパス電路、７１１ バイパス電路、７１２ バイパス電路、９００ バイパス電路、９０１ バイパス電路、９１０ バイパス電路、９１１ バイパス電路、９１２ バイパス電路

Claims (12)

1. 出力端子と、
   それぞれ蓄電量が予め定められた基準値以上である場合に前記出力端子に電気的に接続される複数の電池と、
   前記出力端子に電気的に接続されている前記複数の電池のうち、蓄電量が前記基準値より小さくなった１以上の電池を放電対象電池として選択する放電電池選択部と、
   前記出力端子に電気的に接続されている前記複数の電池の接続を切り替えて、前記放電対象電池を前記出力端子から切断して、前記放電対象電池以外の電池を前記出力端子に電気的に接続する接続制御部と、
   前記出力端子から切断された前記放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、蓄電装置を充電する充放電制御部と
   を備える電池ユニット。
2. 前記充放電制御部は、前記出力端子から切断された前記放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、前記放電対象電池より内部抵抗が小さい前記蓄電装置を充電する
   請求項１に記載の電池ユニット。
3. 前記放電電池選択部は、複数の放電対象電池を選択し、
   前記充放電制御部は、前記出力端子から切断された前記複数の放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、前記蓄電装置を充電する
   請求項１または２に記載の電池ユニット。
4. 前記接続制御部は、前記出力端子から切断した前記複数の放電対象電池を直列に接続させ、
   前記充放電制御部は、前記直列に接続された前記複数の放電対象電池を前記蓄電装置に接続して、前記蓄電装置を充電する
   請求項３に記載の電池ユニット。
5. 前記蓄電装置は、キャパシタである
   請求項１から４のいずれか一項に記載の電池ユニット。
6. 前記放電電池選択部は、前記出力端子に電気的に接続されている前記複数の電池のうちで蓄電量が他の電池より少ない１以上の電池を放電対象電池として選択し、
   前記充放電制御部は、前記出力端子から切断された前記放電対象電池に蓄えられているエネルギを用いて、前記他の電池を充電する
   請求項１から４のいずれか一項に記載の電池ユニット。
7. 前記複数の電池のそれぞれの前記蓄電量を示す値として、前記複数の電池のそれぞれの内部抵抗値を取得する電池情報取得部
   をさらに備え、
   前記放電電池選択部は、前記複数の電池から、前記内部抵抗値が予め定められた値より大きい１以上の電池を放電対象電池として選択する
   請求項１から６のいずれか一項に記載の電池ユニット。
8. 前記電池ユニットから電力負荷に供給すべき電力が予め定められた値を超える場合に、少なくとも前記蓄電装置に蓄えられているエネルギを前記電力負荷に供給する出力制御部
   をさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載の電池ユニット。
9. 前記蓄電装置
   をさらに備え、
   前記蓄電装置の出力は、前記出力端子に電気的に接続され、
   前記出力制御部は、前記電池ユニットから前記電力負荷に供給すべき電力が前記予め定められた値を超える場合に、少なくとも前記蓄電装置に蓄えられているエネルギを、前記出力端子を介して前記電力負荷に供給する
   請求項８に記載の電池ユニット。
10. 前記蓄電装置の出力は、接続スイッチを介して前記出力端子に接続されており、
    前記出力制御部は、前記電池ユニットから前記電力負荷に供給すべき電力が前記予め定められた値を超える場合に、前記接続スイッチを閉にして前記蓄電装置の出力を前記出力端子に電気的に接続することにより、少なくとも前記蓄電装置に蓄えられているエネルギを前記電力負荷に供給する
    請求項９に記載の電池ユニット。
11. 前記電池ユニットは車両に搭載され、蓄えているエネルギを前記車両に搭載されたモータに供給し、
    前記電池ユニットは、
    前記モータを始動する場合に、少なくとも前記蓄電装置に蓄えられているエネルギを前記モータに供給する出力制御部
    をさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載の電池ユニット。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池ユニットと、
    前記電池ユニットに蓄えられているエネルギにより駆動されるモータと
    を備える車両。

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