JP6541041B2 - 定電流モードの充電システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は充電システムに関し、特に、定電流モードの充電システム及び方法に関する。

工業と科学技術は人類に幸福をもたらしてきた。人類は発明による利便性を享受し、便利な科学技術により生活の質は向上している。しかし、科学技術の発明も長期にわたると、生態環境の破壊やエネルギー危機といった多くの懸念が生じるようになり、人類はこれを直視せざるを得ない状況にある。地球の生態系と人類の恒久的な生存を維持するためには、省エネと環境保全が必須である。環境保全技術はそのために誕生した。

交通手段の発展を例にとると、初期の農耕時代には自転車や牛車が使用されていたが、産業革命を経たことで、現在のバイクや自動車、飛行機等へと進化し、人類の輸送行程や時間は短縮されてきた。しかし、バイクや自動車は石油によって機械動力を維持する。そのため、長期的にみると、石油不足やサプライチェーンの逼迫といったエネルギー危機によりエネルギー価格が高騰し、人々を苦しめることにもなり得る。更には、大気汚染等の不可逆的課題も発生している。そこで、低汚染且つ低消費のクリーンエネルギーによる交通手段を成長させることが最適な方法とされ、現在のところ、電気自動車がクリーンな交通手段の一つとして比較的普及が進んでいる。

充電システムを完備させるには、良好な充電効率を構築することが必須となる。太陽エネルギーによる給電システムを採用する場合には、エネルギー資源の過度な浪費を可能な限り抑え、充電時間を短縮する。図１Ａを参照して、従来の充電制御システムでは、定電圧充電モードに突入すると、充電電流が制御装置の計算によって決定される。しかし、この電流指令は、電圧フィードバック値の影響を受けて大きく変動する場合があり、例えば図１Ａの右半分に示すように、電流は定電圧制御状態において曲線を描くように急減する。また、並列システムにおいては、更にモジュールデバイスの違いに起因して、互いに引っ張り合うことで電流指令が過度に変動したり、自然平衡によってモジュールからの出力エネルギーの差が拡大したりといった状況が発生し得る。こうした現象は、充電効率に非常に強く影響してしまう。

以上述べたような従来技術の瑕疵を改善すべく、本発明では、電流低下指令によって電圧が定電圧制御状態とならないよう調整する定電流モードを備えた充電システムを提供する。

上述した従来技術の瑕疵に鑑みて、本発明は、バッテリ、第１充電モジュール、第２充電モジュール及び中央監視モジュールを含む定電流モードの充電システムを提供することを主たる目的とする。前記中央監視モジュールは、前記第１充電モジュールと前記第２充電のモジュールの間に連結されるとともに、前記バッテリに連結される。前記中央監視モジュールは、前記バッテリと通信することで前記バッテリに必要な第１電流及び第１電圧を取得する。前記第１充電モジュールは前記バッテリに連結される。前記第１充電モジュールは、第２電流及び第２電圧を出力する。前記第２充電モジュールは、第３電流及び第３電圧を供給する。前記中央監視モジュールは、前記第２電圧と前記第１電圧との差が電圧所定値よりも小さいことを検知すると、前記第１電流よりも小さい第４電流の出力指令を伝送する。前記第１電流と前記第４電流との差が電流所定値となる。

上記の目的を達成するために、前記第１充電モジュールは第１電源装置を含み、前記第２充電モジュールは第２電源装置を含む。前記第２電圧が前記第１電圧よりも２ボルト小さい場合、前記中央監視モジュールは前記第１電流を２アンペア低下させる。前記中央監視モジュールは、前記第２電圧が前記第１電圧よりも前記電圧所定値だけ小さいか否かを繰り返し検知するとともに、前記第４電流が３アンペアよりも小さくなって充電を停止するまで、前記第１電流を繰り返し低下させる。前記中央監視モジュールは、前記第１電流を再び低下させるか否かを判断すべく、前記第３電圧が前記第１電圧よりも前記電圧所定値だけ小さいか否かを繰り返し検出する。前記第２電流が３アンペアよりも小さくなると、前記第１充電モジュールは動作を停止する。

本発明の他の目的は、中央監視モジュールがバッテリと通信することで、前記バッテリの充電時に必要とされる第１電流及び第１電圧を取得するステップと、前記中央監視モジュールが、前記第１電流の出力指令と前記第１電圧の出力指令を第１充電モジュール及び第２充電モジュールへ伝送するステップと、前記第１充電モジュールと前記第２充電モジュールが、前記第１電流の出力指令と前記第１電圧の出力指令を受信するステップと、前記第１充電モジュールが、第２電圧と第２電流を前記バッテリへ出力するとともに、前記第２電圧の出力値と前記第２電流の出力値を前記中央監視モジュールへ伝送し、前記第２充電モジュールが、第３電圧と第３電流を前記バッテリへ出力するとともに、前記第３電圧の出力値と前記第３電流の出力値を前記中央監視モジュールへ伝送するステップと、前記中央監視モジュールが、前記第２電圧の出力値と前記第１電圧との差が電圧所定値よりも小さいことを検知すると、前記第１電流よりも電流所定値だけ小さい第４電流の出力指令を前記第１充電モジュールへ伝送するステップ、を含む定電流モードの充電方法を提供することである。

上記の他の目的を達成するために、前記中央監視モジュールは、前記第３電圧と前記第１電圧との差が前記電圧所定値よりも小さいことを検知すると、前記第１電流よりも前記電流所定値だけ小さい第４電流の出力指令を前記第２充電モジュールへ伝送する。前記電圧所定値と前記電流所定値は、前記第４電流よりも小さい。前記中央監視モジュールは、前記第１電流を再び低下させるか否かを判断すべく、前記第２電圧が前記第１電圧よりも前記電圧所定値だけ小さいか否かを間欠的に繰り返し検出する。前記第４電流が３アンペアよりも小さくなると、前記第１充電モジュールは動作を停止する。

図１Ａは、従来の充電を示すグラフである。 図１Ｂは、本発明の充電を示すグラフである。 図２は、本発明のシステムを示すブロック図である。 図３は、図２に基づく並列出力を示すフローチャートである。 図４は、本発明の方法ステップを示すフローチャートである。

以下の詳細な記載を参照すれば、上記の観点及び本発明の利点をよりスムーズに理解可能となる。また、以下の記載及び図面から、本発明の主旨をより容易に理解可能となる。

本発明について、好ましい実施例及び観点から詳細に述べる。以下では、読者がこれら実施例の実施方式を徹底的に理解可能なよう、本発明における特定の実施の詳細について記載する。ただし、当業者であれば、これら詳細条件を伴わない場合であっても本発明を実施可能であると解釈すべきである。また、本明細書では、各種実施例間で関連の記載が不要に混乱しないよう、周知の構造又は機能については詳細に記載しない場合がある。また、以下の記載で使用する用語は、本発明における特定の実施例に関する詳細な記載とともに用いられる場合であっても、最も広義に合理的解釈がなされるものとする。

図２は、本発明の充電システムを示すブロック図である。システム１００は、バッテリ１０６、第１充電モジュール１０２、第２充電モジュール１０４及び中央監視モジュール１０８を含む。バッテリ１０６は第１充電モジュール１０２に連結され、中央監視モジュール１０８は第１充電モジュール１０２と第２充電モジュール１０４の間に連結されるとともに、バッテリ１０６に連結される。第１充電モジュール１０２、第２充電モジュール１０４及びバッテリ１０６は並列接続方式をとっているため、以下の説明では、これらを並列接続として記載する。なお、本発明におけるシステム内部の電器デバイス／モジュールは図示するような配置に限らない。図面は配置の一形態にすぎず、実際の必要性に応じて調整の必要がある。

一の実施例では、中央監視モジュール１０８が第１充電モジュール１０２と第２充電モジュール１０４の間の取得ノードＸに連結される。また、中央監視モジュール１０８はバッテリ１０６のバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）と通信することで、バッテリ１０６が充電時に必要とする第１電圧Ｖ_req及び第１電流Ｉ_reqを取得する。

本実施例では、図２に示すように、第１充電モジュール１０２には第１電源装置（ＰＳＵ１）１０２２が内蔵されており、第２充電モジュール１０４には第２電源装置（ＰＳＵ２）１０４２が内蔵されている。詳述すると、第１充電モジュール１０２は第１電源装置１０２２を介して第２充電モジュール１０４の第２電源装置１０４２に連結されている。図２に示すように、第１電源装置１０２２は、第２電流Ｉ_o1及び第２電圧Ｖ_o1を供給し、第２電源装置１０４２は、第３電流Ｉ_o2及び第３電圧Ｖ_o2を供給する。第２電流Ｉ_o1及び第２電圧Ｖ_o1は取得ノードＸに伝送され、第３電流Ｉ_o2及び第３電圧Ｖ_o2は取得ノードＸに伝送される。中央監視モジュール１０８は、取得ノードＸから第２電圧Ｖ_o1又は第３電圧Ｖ_o2を取得して、第１電圧Ｖ_reqと比較する。

更に、中央監視モジュール１０８は、第２電圧Ｖ_o1が第１電圧Ｖ_reqよりも電圧所定値Ｖ_dだけ小さい（Ｖ_req−Ｖ_o1＜Ｖ_d）ことを検知した場合、或いは、第３電圧Ｖ_o2が第１電圧Ｖ_reqよりも電圧所定値Ｖ_dだけ小さい（Ｖ_req−Ｖ_o2＜Ｖ_d）ことを検知した場合、一定の比率で第１電流Ｉ_reqを低下させて第４電流Ｉ_{req_new}とする。例えば、図１Ｂ及び図２を参照して、中央監視モジュール１０８は、Ｖ_req−Ｖ_o1＜２（Ｖ_d＝２）ボルトであること、又はＶ_req−Ｖ_o2＜２（Ｖ_d＝２）ボルトであることを検知すると、システム１００が定電圧制御状態とならないよう、第１電流Ｉ_reqの指令を２アンペア低下させる。図１Ｂを参照して、第１電流Ｉ_reqの指令初期（図１Ｂのｔ０初期）を低下させると、電圧もこれに伴って微減するが、その後また微増する（図１Ｂのｔ０後期）。そこで、中央監視モジュール１０８は、Ｖ_req−Ｖ_o1＜２ボルトであること、又はＶ_req−Ｖ_o2＜２ボルトであることを再び検知すると（図１Ｂのｔ１）、第１電流Ｉ_reqの指令を再び２アンペア低下させる（図１Ｂのｔ１〜ｔ２）。このように、電流の低下を間欠的に繰り返すことで、定電圧制御状態（図１Ａ）とならないよう電圧が制御される。最終的に、第１電流Ｉ_reqが３アンペアよりも小さくなると、第１，第２充電モジュール１０２，１０４は電力供給を停止し、充電を終了する。３アンペア以上の場合、充電は継続される。なお、電圧所定値Ｖ_d及び電流所定値Ｉ_dは、第４電流Ｉ_{req_new}の出力値未満とする。当業者は、電圧及び電流の下げ幅は上記の実施例に限らず、実際の必要性及び全体構造に応じて変更せねばならないと解釈すべきである。

図４を参照して、本図は、本発明の実施例における定電流モードの充電ステップを示すフローチャートである。また、合わせて図２のデバイスも参照する。本明細書で記載するフローでは、各ステップの一例を示す。また、特定の順序や並びを提示してはいるが、特に指定がない限り、フローのステップは順序を変更可能である。即ち、上記のフローは一例にすぎない。且つ、上記フローは異なるステップの順で実行可能であり、更には一部ステップを同時並行してもよい。このほか、実行するごとに同じステップを含むとは限らないため、本明細書で記載する実施例では、一又は複数のステップに触れない場合がある。また、本発明はその他ステップのフローも含む。前記方法３００はシステム１００により実行されるため、以下では、主にシステム１００で下記のステップを操作する場合について説明するとともに、図１Ｂ及び図２を参照して明確化する。また、必要に応じて従来のデバイスを搭載して実行する。方法３００は、以下のステップを含む。

ステップ３０２：中央監視モジュール１０８はバッテリ１０６と通信することで、バッテリ１０６が充電時に必要とする第１電流Ｉ_req及び第１電圧Ｖ_reqを取得する。

ステップ３０４：中央監視モジュール１０８は、第１電流Ｉ_reqの出力指令と第１電圧Ｖ_reqの出力指令を第１充電モジュール１０２及び第２充電モジュール１０４へ伝送する。

ステップ３０６：第１充電モジュール１０２及び第２充電モジュール１０４は、第１電流Ｉ_reqの出力指令と第１電圧Ｖ_reqの出力指令を受信する。

ステップ３０８：第１充電モジュール１０２は、第２電圧Ｖ_o1と第２電流Ｉ_o1をバッテリ１０６へ出力するとともに、第２電圧Ｖ_o1の出力値と第２電流Ｉ_o1の出力値を中央監視モジュール１０８へ伝送する。第２充電モジュール１０４は、第３電圧Ｖ_o2と第３電流Ｉ_o2をバッテリ１０６へ出力するとともに、第３電圧Ｖ_o2の出力値と第３電流Ｉ_o2の出力値を中央監視モジュール１０８へ出力する。

ステップ３１０：中央監視モジュール１０８は、第２電圧Ｖ_o1の出力値と第１電圧Ｖ_reqとの差が電圧所定値Ｖ_dよりも小さいことを検知すると、第１電流Ｉ_reqよりも電流所定値Ｉ_dだけ小さい第４電流Ｉ_{req_new}の出力指令を第１充電モジュール１０２へ出力する。

例えば、図１Ｂ及び図２を参照して、中央監視モジュール１０８は、Ｖ_req−Ｖ_o1＜２ボルトであること、又はＶ_req−Ｖ_o2＜２ボルトであることを検知すると、システム１００が定電圧制御状態とならないよう、第１電流Ｉ_reqの指令を２アンペア低下させる。図１Ｂを参照して、第１電流Ｉ_reqの指令初期（図１Ｂのｔ０初期）を低下させると、電圧もこれに伴って微減するが、その後また微増する（図１Ｂのｔ０後期）。そこで、中央監視モジュール１０８は、Ｖ_req−Ｖ_o1＜２ボルトであること、又はＶ_req−Ｖ_o2＜２ボルトであることを再び検知すると（図１Ｂのｔ１）、第１電流Ｉ_reqの指令を再び２アンペア低下させる（図１Ｂのｔ１〜ｔ２）。このように、電流の低下を間欠的に繰り返すことで、定電圧制御状態（図１Ａ）とならないよう電圧が制御される。

ステップ３１１（図示せず）：中央監視モジュール１０８は、第３電圧Ｖ_o2と第１電圧Ｖ_reqとの差が電圧所定値Ｖ_dよりも小さいことを検知すると、第１電流Ｉ_reqよりも電流所定値Ｉ_dだけ小さい第４電流Ｉ_{req_new}の出力指令を第２充電モジュール１０４へ出力する。なお、ステップ３１１は選択可能であり、ステップ３１０と同時並行してもよい。

ステップ３１２：ステップ３１０（又はステップ３１１）の操作を繰り返して、第１電流Ｉ_reqが３アンペアよりも小さくなったとき、第１，第２充電モジュール１０２，１０４は電力供給を停止し、充電を終了する。

以上述べたように、本発明は定電流モードの充電システムを提供する。中央監視モジュールは、第１充電モジュールの第２電圧又は第２充電モジュールの第３電圧が所望の電圧よりも所定値だけ小さいことを検知すると、一定の比率で所望の電流を低下させる。このようにして、定電圧制御状態とならないよう検知及び低下操作を繰り返すことで、電流が電圧フィードバック値の影響を受けて大幅に変動することが回避される。

なお、以上の記載は説明のためのものであって、各種特定の詳細事項は本発明を徹底的に理解するために供される。当業者であれば、これら特定の詳細事項がなかったとしても本発明を実施可能である。他の実施例については、既知の構造及び装置はブロック図に示していない。また、図中のデバイス間には中間構造が含まれる場合がある。上述のデバイスは、その他の入力及び出力を含む場合があるが、詳細には図示していない。

別の実施例で提供されるデバイスは単一の回路とし、一部又は全てのデバイスを単一回路内に統合してもよい。よって、添付の特許請求の範囲に記載される各種デバイスは、１又は複数の回路における一部機能に対応する場合がある。

本発明には各種の処理プログラムが含まれる。当該処理プログラムはハードウエア部材により実行されるか、或いは、コンピュータで読み取り可能な命令に組み込み可能である。当該処理プログラムは、汎用的或いは特殊目的のためのプログラミング命令を有するプロセッサ又は論理回路を形成して実行される。このほか、当該プログラムはハードウエア及びソフトウェアを組み合わせて実行することも可能である。

方法については基本形態で記載しており、本発明の範疇を逸脱しないことを前提に、任意の方法又は情報をプログラムから追加又は削除可能である。当業者は、本発明の更なる改良又は修正が可能である。また、特定の実施形態は説明のためのものにすぎず、本発明を限定するものではない。

本明細書において、デバイス「Ａ」がデバイス「Ｂ」に連結（又は結合）するとの記載がある場合、デバイスＡはＢに直接連結（又は結合）する場合もあれば、デバイスＣを介して間接的にＢに連結（又は結合）する場合もある。明細書において、Ａというデバイス、特徴、構造、プログラム又は特性が、Ｂというデバイス、特徴、構造、プログラム又は特性をもたらすと明記されている場合には、Ａが少なくともＢの部分的要因であるか、他のデバイス、特徴、構造、プログラム又は特性とともにＢをもたらすことを示す。明細書で言及した「場合がある」との文言については、そのデバイス、特徴、プログラム又は特性が明細書に限定されないことを示す。また、明細書で言及される数は「一の」又は「一つの」等の文言により限定されない。

本発明は、ここで記載された特定の詳細な特徴に限定されない。本発明の精神及び範疇の内であれば、発明について、上記の記載及び図面に関する各種変更が多数許容される。従って、本発明において可能とされる修正及び変更は後述の特許請求の範囲に含まれており、上記の記載によって本発明の範囲は限定されない。

１００ システム
１０２ 第１充電モジュール
１０２２ 第１電源装置
１０４ 第２充電モジュール
１０４２ 第２電源装置
１０６ バッテリ
１０８ 中央監視モジュール
３００ 方法
３０６ ステップ
３０２ ステップ
３０４ ステップ
３１２ ステップ
３０８ ステップ
３１０ ステップ
Ｖ_o2 第３電圧
Ｖ_o1 第２電圧
Ｉ_o1 第２電流
Ｉ_req 第１電流
Ｉ_o2 第３電流
Ｖ_req 第１電圧
Ｉ_d 電流の所定値
Ｉ_{req_new} 第４電流
Ｘ 取得ノード
Ｖ_d 電圧所定値

Claims (5)

1. 定電流モードの充電方法であって、
   中央監視モジュールがバッテリのバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）と通信することで、前記バッテリの充電時に必要とされる第１電流及び第１電圧を取得する第１ステップと、
   前記中央監視モジュールが、前記第１電流の出力指令と前記第１電圧の出力指令を第１充電モジュール及び第２充電モジュールへ伝送する第２ステップと、
   前記第１充電モジュールと前記第２充電モジュールが、前記第１電流の出力指令と前記第１電圧の出力指令を受信する第３ステップと、
   前記第１充電モジュールが、第２電圧と第２電流を前記バッテリへ出力するとともに、前記第２電圧の出力値と前記第２電流の出力値を前記中央監視モジュールへ伝送し、前記第２充電モジュールが、第３電圧と第３電流を前記バッテリへ出力するとともに、前記第３電圧の出力値と前記第３電流の出力値を前記中央監視モジュールへ伝送する第４ステップと、
   前記中央監視モジュールが、前記第２電圧の出力値が前記第１電圧より電圧所定値だけ小さいか否か、または、前記第３電圧の出力値が前記第１電圧より電圧所定値だけ小さいか否かを検知する第５ステップと、
   前記第２電圧の出力値が前記第１電圧よりも前記電圧所定値だけ小さい場合、前記中央監視モジュールが、第１電流よりも電流所定値だけ小さい第４電流を新たな第１電流とし、新たな第１電流の出力指令を前記第１充電モジュールへ伝送し、前記第２電圧の出力値が微減する第６ステップと、
   前記第３電圧の出力値が前記第１電圧よりも前記電圧所定値だけ小さい場合、前記中央監視モジュールが、第１電流よりも電流所定値だけ小さい第４電流を新たな第１電流とし、新たな第１電流の出力指令を前記第２充電モジュールへ伝送し、前記第３電圧の出力値が微減する第７ステップと、を含み、
   第４ステップ、第５ステップ、第６ステップ、第７ステップを間欠的に且つ繰り返し行い、
   前記第１電圧は変化しないことを特徴とする、定電流モードの充電方法。
2. 前記第２電圧が前記第１電圧よりも２ボルト小さい場合、前記中央監視モジュールは前記第１電流を２アンペア低下させて前記第４電流とし、
   前記第４電流が３アンペアよりも小さくなると、前記第１充電モジュールは動作を停止する、請求項１記載の定電流モードの充電方法。
3. 前記第３電圧が前記第１電圧よりも２ボルト小さい場合、前記中央監視モジュールは前記第１電流を２アンペア低下させて前記第４電流とし、
   前記第４電流が３アンペアよりも小さくなると、前記第２充電モジュールは動作を停止する、請求項１記載の定電流モードの充電方法。
4. 前記第１充電モジュールは前記バッテリに連結され、前記第２充電モジュールは前記バッテリに連結され、前記中央監視モジュールは前記バッテリ、前記第１充電モジュール及び前記第２充電モジュールに連結される請求項１記載の定電流モードの充電方法。
5. 前記第１充電モジュールは第１電源装置を含み、前記第２充電モジュールは第２電源装置を含む請求項１記載の定電流モードの充電方法。