JP7416511B2 - 充電システム - Google Patents

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Description

本発明は、充電システムに関する。
近年、地球環境への配慮から、内燃機関すなわちエンジンで駆動するエンジン駆動式自動車がモータで駆動する電気自動車、エンジンおよびモータで駆動するハイブリッド自動車または充電器による充電が可能なプラグインハイブリッド自動車に置き換わりつつある。特に、前記電気自動車またはプラグインハイブリッド自動車の性能の向上に伴い電気自動車１台当たりの電池電源すなわち電池モジュールの搭載量が増える傾向にある。
特開2020-129863号公報
従来技術の電気自動車に搭載される電池電源とモータを備えるモータシステムでは、前記電気自動車の１充電あたりの航続距離を延長するための種々の工夫が為されているが、その航続距離は前記エンジン駆動式自動車の燃料満タン１回あたりの航続距離にはおよばない。
本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、効率的に充電を制御することができる技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、充電システムであって、充電回路と、少なくとも３個の電池モジュールと、前記電池モジュール間の残容量アンバランスをバランス制御するバランス回路と、を備え、相対的に１番目および２番目に残容量の多い電池モジュールから順に選択的かつ個別に充電制御を行う充電シーケンスと、前記バランス制御を行うバランスシーケンスを交互に切り換える。
その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。
本発明によれば、効率的に充電を制御することができる。
本実施形態に係る充電システム１００の１つの状態である状態ａを示す回路ブロック図である。 本実施形態に係る充電システム１０１の１つの状態である状態ａを示す充電システム１０１（ａ）の回路ブロック図である。 本実施形態に係る充電システム１０１の別の１つの状態である状態ｂを示す充電システム１０１（ｂ）の回路ブロック図である。 本実施形態に係る充電システム１０１のメインコントローラ４０の制御の概略を示すフローチャート図である。
充電システム１００（ａ）は、図１に示すように、リチウムイオン二次電池セル群１を有する３個の電池モジュール２の内、特定の１個の電池モジュール２がそれぞれオンまたはオフに操作されたスイッチ６を介して充電回路３と接続される。これにより前記充電回路３から前記特定の１個の電池モジュール２へ充電電流が流れる通電経路が形成され、相対的に１番目に残容量の多い電池モジュール２から選択的個別に充電が行われる。
充電システム１０１（ａ）は、図２に示すように、リチウムイオン二次電池セル群１を有する３個の電池モジュール２の内、特定の２個の電池モジュール２がそれぞれオンまたはオフに操作されたスイッチ６を介して充電回路３Ａおよび充電回路３Ｂとそれぞれ接続される。これにより、後述の図４のフローチャート図に従い前記充電回路３Ａおよび充電回路３Ｂから前記特定の２個の電池モジュール２へ個別に充電電流が流れる独立した２個の通電経路が形成され、前記特定の２個の電池モジュール２に対する充電が同時に行われる。前記充電回路３Ａおよび充電回路３Ｂは共通の回路基板を用いることができ、前記充電システム１０１は、充電システム１００の充電回路３よりも充電回路基板の個数が増えても前記共通化によりトータルコストダウンを実現する。
充電システム１０１（ｂ）は、図３に示すように、スイッチ６の全てがオンに操作され、３個の電池モジュール２を並列接続する。仮に、前記３個の電池モジュール２間の残容量がアンバランスであった場合、前記並列接続によって前記３個の電池モジュール２間に電流が往来して電圧が均衡し自律的に前記３個の電池モジュール２の残容量がバランスする。
充電システム１０１のメインコントローラ４０の制御について、次に、図４のフローチャート図を用いて説明する。
充電システム１０１のメインコントローラ４０は、Ｓｔｅｐ１にて、３個の電池モジュール２の残容量を検知し、Ｓｔｅｐ２にて、前記３個の電池モジュール２の内、相対的に１番目および２番目に残容量の多い電池モジュール２を選択する。前記残容量の検知は、前記メインコントローラ４０が前記電池モジュール２の端子に現れる電圧を直接検知する方法、または、図示しない前記電池モジュール２内のモジュールコントローラと通信を行いリチウムイオン二次電池セル群１の電圧値情報を取得する方法、のいずれであっても良い。
充電システム１０１のメインコントローラ４０は、Ｓｔｅｐ２にて選択した前記３個の電池モジュール２の内、対的に１番目および２番目に残容量の多い２個の電池モジュール２に対する充電を充電回路３Ａおよび充電回路３Ｂを用いて独立に２個同時に充電を行うＳｔｅｐ３の充電シーケンスへ移行する。前記充電シーケンスにおける充電の方法は、前記充電回路３Ａおよび充電回路３Ｂが商用電源である交流電圧をそれぞれ入力し直流電圧に変換し独立にそれぞれ所望のＣＣＣＶ充電を行う。
充電システム１０１のメインコントローラ４０は、Ｓｔｅｐ４にて、図示しない通信信号を用いて充電回路３Ａまたは充電回路３Ｂのいずれかが充電中に異常状態を検知したか否か、例えば、前記２個の電池モジュール２内のリチウムイオン二次電池セル群１が過電圧状態か否か、または、高温状態か否かを検知する。Ｓｔｅｐ４にて前記異常状態でないと判定するとＳｔｅｐ５へ移行し、前記充電回路３Ａまたは充電回路３Ｂのいずれか１個が前記２個の電池モジュール２内の少なくとも１個の電池モジュール２の充電を完了したか否かを検知する。Ｓｔｅｐ５にて、前記充電回路３Ａまたは充電回路３Ｂが前記少なくとも１個の電池モジュール２を充電完了していないと判定するとＳｔｅｐ３に帰還する一方、前記少なくとも１個の電池モジュール２を充電完了した、すなわち、前記少なくとも１個の電池モジュール２が満充電になったと判定すると充電回路３Ａおよび充電回路３Ｂの充電電流の出力を停止しＳｔｅｐ６へ移行しバランスシーケンスを実行する。バランスシーケンスは、図３に示す状態ｂすなわち充電システム１０１（ｂ）の構成で行われる。メインコントローラ４０は、スイッチ６の全てをオンに操作し、３個の電池モジュール２を並列接続する。この際、Ｓｔｅｐ５で満充電となった１個の前記電池モジュール２、Ｓｔｅｐ３にて充電途中の別の１個の電池モジュール２、および、充電されていない残り１個の電池モジュール２の間の残容量アンバランスが解消する。すなわち、満充電でなかった前記２個の電池モジュール２がバランスシーケンスによりそれらの残容量が満充電すなわち１００％に近づく。
充電システム１０１のメインコントローラ４０は、Ｓｔｅｐ７にてバランス中に異常状態を検知したか否か、例えば、３個の電池モジュール２の内少なくとも１個の電池モジュール２内のリチウムイオン二次電池セル群１が過電圧状態か否か、過電流状態か否か、または、高温状態か否かを検知する。Ｓｔｅｐ７にて前記異常状態でないと判定するとＳｔｅｐ８へ移行し、バランスが完了したか否か、すなわち、前記並列接続された３個の電池モジュール２間の残容量差すなわち電圧差が所定値以下であるか否かを検知する。Ｓｔｅｐ８にて、バランスが完了していないと判定するとＳｔｅｐ６へ帰還する一方、前記バランスが完了したと判定するとＳｔｅｐ１０へ移行し、Ｓｔｅｐ３の充電シーケンスにおいて３個の電池モジュール２の全てが充電完了したか否かを検知する。前記３個の電池モジュール２の全てが充電完了したと判定すると充電システム１００の制御が終了し、一方、前記３個の電池モジュール２が全て充電完了していないと判定すると、Ｓｔｅｐ１へ帰還し、前記３個の電池モジュール２の全てが充電完了するまで、Ｓｔｅｐ１ないしＳｔｅｐ３の相対的に１番目および２番目に残容量の多い２個の電池モジュール２に対して選択個別に２個同時に充電する充電シーケンス、およびＳｔｅｐ６のバランスシーケンスを繰り返す。
一般に電気自動車のモータ駆動用に使用されるリチウムイオン二次電池は内部抵抗が低いため前記リチウムイオン二次電池間の電流往来による電圧均衡が速く前記バランスに要する時間は通常のＣＣＣＶ充電による充電時間に対して比較的極めて短いことを利用できる。したがって、充電回路３Ａおよび充電回路３Ｂの出力電流定格を充電システム１００の充電回路３よりも下げて１個の電池モジュール２に対する充電時間が相応に長くなる場合においても相対的に１番目および２番目に残容量の多い電池モジュール２に対して選択的個別に２個同時に充電する充電シーケンスと前記短時間のバランスシーケンスを組み合わせることにより充電システムのコストダウンと３個の電池モジュール２の合計充電時間の短縮の両立を実現できる。
また一方、Ｓｔｅｐ４にて、前記異常状態であると判定するとＳｔｅｐ９へ移行し全シーケンス、すなわち、充電シーケンスおよびバランスシーケンスを中断する。この際、充電システム１０１は、スイッチ６の全てをオフに操作した状態となり、充電システム内のあらゆる箇所の通電を遮断しリチウムイオン二次電池の様々な故障モードに対応し安全性を確保する。
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
２ 電池モジュール
４０ メインコントローラ
１０１ 充電システム

Claims (2)

  1. 充電回路と、
    少なくとも３個の電池モジュールと、
    前記電池モジュール間の残容量アンバランスをバランス制御するバランス回路と、
    を備え、
    相対的に１番目および２番目に残容量の多い電池モジュールから順に選択的かつ個別に充電制御を行う充電シーケンスと、前記バランス制御を行うバランスシーケンスを交互に切り換える充電システム。
  2. 前記電池モジュールの内少なくとも１個の電池モジュールの異常を検知した場合に、前記充電シーケンスおよび前記バランスシーケンスを中断する請求項１に記載の充電システム。
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