JP7686871B2 - バッテリーパック間の充電制御システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーパック間の充電制御システム及び方法に関し、より詳細には、外部システムに接続された直列バッテリーパック間の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の差を低減できる直列バッテリーパック間の充電制御システム及び方法に関する。
バッテリーは、スマートフォン、ノートパソコン、タブレットＰＣなどの携帯型電子機器のみならず、電動スクーター、電動自動車、エネルギー貯蔵用蓄電器などを網羅する多岐にわたる分野において利用されている。電気によって駆動される車両またはスマートグリッドシステムなどの分野においては、大きな容量を必要とする場合が多いため、出力を増加させるために、複数のバッテリーパックを直列に接続して使用する。
通常、電動自転車や電動スクーターなどの軽電気自動車（ＬＥＶ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）は、２つのバッテリーパックを直列に構成して使用している。この場合、２つのバッテリーパックのＳＯＣが同一ではない場合、走行中にＳＯＣの低いバッテリーパックのＳＯＣが０％に達したときに放電を終了し、当該時点において走行が終わる。
したがって、このように、ＳＯＣの低いバッテリーパックを基準として走行可能距離が計算され、かつ、システムが制御されるため、ＳＯＣ差が大きな２つのバッテリーパックを使用する場合、ＳＯＣの低いバッテリーパックを基準としてシステムが制御されて、予期しない短い走行距離によりユーザーに不便さと不安感を与えてしまうという問題がある。
これに関して、日本国公開特許公報第２０１３－２４０２１９号公報を参照すると、直列に接続する２つの電池ブロックに対して、容量の均一化のために、電池の使用前に並列安定化を行う技術思想が開示されているが、バッテリーの使用状態に応じて直列／並列への切換えを行う技術は開示されていない。
従来の技術としては、下記に掲げる文献が挙げられる。
特開２０１３－２４０２１９号公報
本発明は上述した問題を解決するために案出されたものであって、バッテリーパックがシステムに接続され、待ち状態で２つのバッテリーパック間の残容量（ＳＯＣ）差が大きな場合、ＳＯＣの高いバッテリーパックがＳＯＣの低いバッテリーパックを充電してバッテリーパック間のＳＯＣ差を低減できるように構成されるバッテリーパック間の充電制御システム及び方法を提供するところにその目的がある。
上述した課題を解決するために、本発明は、第１のバッテリーパックと、第２のバッテリーパック及びバッテリー接続部を備えてなり、前記バッテリー接続部は、外部システムが待ち状態にある場合、前記第１及び第２のバッテリーパックを並列に接続し、外部システムへの出力を遮断し、前記外部システムが活性状態にある場合、前記第１及び第２のバッテリーパックを直列に接続して、その直列接続出力を前記外部システムに出力する直列バッテリーパック間の充電制御システムを提供する。
このとき、前記バッテリー接続部は、前記第１及び第２のバッテリーパックの出力を入力される入力部と、前記入力部に入力された第１及び第２のバッテリーパックの出力を外部システムに出力または遮断する出力部と、前記入力部と出力部との間において第１及び第２のバッテリーパックの接続を構成する経路接続部と、を備えてなり得る。
また、前記入力部は、前記第１のバッテリーパックの（＋）端子に接続される第１の（＋）接続部と、前記第２のバッテリーパックの（＋）端子に接続される第２の（＋）接続部と、前記第１のバッテリーパックの（－）端子に接続される第１の（－）接続部と、前記第２のバッテリーパックの（－）端子に接続される第２の（－）接続部と、を備えてなり、前記経路接続部は、第１の（－）接続部と第２の（－）接続部とを接続する第１の経路と、第１の（＋）接続部と第２の（＋）接続部とを接続する第２の経路と、第２の（＋）接続部と（＋）出力端とを接続する第３の経路と、第１の（＋）接続部と第２の（－）接続部とを接続する第４の経路と、第１の（－）接続部と（－）出力端とを接続する第５の経路と、前記第１～第５の経路をそれぞれ開閉する第１～第５のスイッチと、を備えてなり得る。
このとき、前記外部システムは、一定の周期ごとに、第１及び第２のバッテリーパックのそれぞれからＳＯＣ値を取得し、該ＳＯＣ値を用いてパックＳＯＣ差を算出しかつ比較して、パックＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差を超える場合、並列切換え信号を出力して、第１及び第２のバッテリーパックを並列に接続することにより、２つのバッテリーパックのＳＯＣを揃えることができる。なお、前記パックＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差以内になると、前記第１及び第２のバッテリーパックの並列接続を直列接続に切り換える。
本発明の実施形態によれば、バッテリーがシステムに接続されて保管されている状態で、２つのバッテリーパックの残容量（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）差が基準差以上に出る場合、ＳＯＣの高いバッテリーパックがＳＯＣの低いバッテリーパックを充電して２つのバッテリーパック間のＳＯＣ差を低減することができる。これにより、システムの実際の走行距離が増えるので、ユーザー利便性を増大させることができる。
本発明の実施形態によるシステムの全体的な構成を示す図である。 本発明の実施形態による電圧の高いバッテリーパックが電圧の低いバッテリーパックを充電する動作を示す図である。 本発明の実施形態による制御部の細部構成を示す図である。 本発明の実施形態による直列バッテリーパック間の充電制御方法を示す図である。
以下では、添付図面に基づいて、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態について詳しく説明する。しかしながら、本発明は、種々の異なる形態に具体化可能であり、ここで説明する実施形態に何ら限定されるものではない。なお、図中、本発明を明確に説明するために、説明とは無関係な部分は省略し、明細書の全般に亘って、類似の部分には類似の図面符号を付している。
以下、添付図面に基づいて、本発明について詳しく説明する。
１．本発明による直列バッテリーパック間の充電制御システム
図１は、本発明の実施形態による直列バッテリーパック間の充電制御システムの全体的な構成を概略的に示す図である。
図１を参照すると、本発明の実施形態によるシステムは、下記のような構成要素を備えてなる。
１．１．２以上のバッテリーパック
本発明のシステムは、互いに直列に接続された２以上のバッテリーパック１００、２００を備える。
１．１．１．第１のバッテリーパック１００
第１のバッテリーパック１００は、図１に示すように、第１のバッテリーセルモジュール１１０と第１の放電回路部１２０を備えてなる。
ア．第１のバッテリーセルモジュール１１０
第１のバッテリーセルモジュール１１０は、１つ以上のバッテリーセル（図示せず）と、第１のセルモジュール（＋）端子及び第１のバッテリーセルモジュール（－）端子を備える。
イ.第１の放電回路部１２０
第１の放電回路部１２０（１２１、１２２、１２３、１２４）とは、第１のバッテリーセルモジュール１１０と後述するバッテリー接続部４００との間に構成された電流の経路のことをいう。より具体的に、第１のバッテリーセルモジュール１１０の第１のセルモジュール（＋）端子と第１のバッテリーパック（＋）端子とを接続する経路に形成される。
１）第１の放電電界効果トランジスター（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）（Ｄ－ＦＥＴ）１２１
第１の放電ＦＥＴ（Ｄ－ＦＥＴ）１２１は、第１のセルモジュール（＋）端子と第１の放電抵抗１２２との間に直列に配置される。
第１の放電ＦＥＴ（Ｄ－ＦＥＴ）１２１は、第１のバッテリーパック１００よりも第２のバッテリーパック２００の方のＳＯＣが高い第１及び第２のバッテリーパック１００、２００と接続された外部システム３００が待ち状態である場合、すなわち、ユーザーが外部システム３００を使用しない状況である場合、後述する制御部３１０のスイッチング制御部３１８によりターンオンされる。
２）第１の放電抵抗１２２
第１の放電抵抗１２２は、第１の放電ＦＥＴ（Ｄ－ＦＥＴ）１２１と第１の放電プレチャージＦＥＴ（ｐｒｅ－ＦＥＴ）１２３との間に直列に配置される。このように配置されている第１の放電抵抗１２２は、第１のバッテリーパック１００の電圧が第２のバッテリーパック２００の電圧よりも高い場合、第１のバッテリーパック１００から第２のバッテリーパック２００へと流れる充電電流の量を制限する機能を行う。
３）第１の放電プレチャージＦＥＴ（Ｐ－ＦＥＴ）１２３
第１の放電プレチャージＦＥＴ（Ｐ－ＦＥＴ）１２３は、第１の放電抵抗１２２と第１のセルモジュール（＋）端子に直列に配置される。
４）第１の充電ＦＥＴ（Ｃ－ＦＥＴ）１２４
第１の放電Ｄ－ＦＥＴ １２４は、第１の放電ＦＥＴ（Ｄ－ＦＥＴ）１２１の出力と第１のセルモジュール（＋）端子との間に直列に配置されて、第１の放電抵抗１２２と第１の放電プレチャージＦＥＴ（Ｐ－ＦＥＴ）１２３の直列接続に並列に配置される。
１．１．２．第２のバッテリーパック２００
第２のバッテリーパック２００は、図１に示すように、第２のバッテリーセルモジュール２１０と第２の放電回路部２２０を備えてなる。
ア．第２のバッテリーセルモジュール２１０
第２のバッテリーセルモジュール２１０は、１つ以上のバッテリーセル（図示せず）と、第２のセルモジュール（＋）端子及び第２のバッテリーセルモジュール（－）端子を備える。
イ．第２の放電回路部２２０
第２の放電回路部２２０（２２１、２２２、２２３、２２４）とは、第２のバッテリーセルモジュール２１０と後述するバッテリー接続部４００との間に構成された電流の経路のことをいう。より具体的に、第２のバッテリーセルモジュール２１０の第２のセルモジュール（＋）端子と第２のバッテリーパック（＋）端子とを接続する経路に形成される。
１）第２の放電ＦＥＴ（Ｄ－ＦＥＴ）２２１
第２の放電ＦＥＴ（Ｄ－ＦＥＴ）２２１は、第１のセルモジュール（＋）端子と第２の放電抵抗２２２との間に直列に配置される。
第２の放電ＦＥＴ（Ｄ－ＦＥＴ）２２１は、第２のバッテリーパック２００よりも第１のバッテリーパック１００の方のＳＯＣが高い第１及び第２のバッテリーパック１００、２００と接続された外部システム３００が待ち状態である場合、すなわち、ユーザーが外部システム３００を使用しない状況である場合、後述する制御部３１０のスイッチング制御部３１８によりターンオンされる。
２）第２の放電抵抗２２２
第２の放電抵抗２２２は、第２の放電ＦＥＴ（Ｄ－ＦＥＴ）２２１と第２の放電プレチャージＦＥＴ（ｐ－ＦＥＴ）２２３との間に直列に配置される。このように配置されている第２の放電抵抗２２２は、第２のバッテリーパック２００の電圧が第１のバッテリーパック２００の電圧よりも高い場合、第２のバッテリーパック２００から第１のバッテリーパック１００へと流れる充電電流の量を制限する機能を行う。
３）第２の放電プレチャージＦＥＴ（Ｐ－ＦＥＴ）２２３
第２の放電Ｐ－ＦＥＴ ２２３は、第２の放電抵抗２２２と第２のセルモジュール（＋）端子に直列に配置される。
４）第２の充電ＦＥＴ（Ｃ－ＦＥＴ）２２４
第２の充電ＦＥＴ（Ｃ－ＦＥＴ）２２４は、第２の放電ＦＥＴ ２２１の出力と第２のセルモジュール（＋）端子との間に直列に配置されて、第２の放電抵抗２２２と第２の放電Ｐ－ＦＥＴ ２２３の直列接続に並列に配置される。
図３は、本発明の実施形態による制御部の細部構成を示す図である。
１．２．制御部３１０
制御部３１０は、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００と接続されている外部システム３００の待ち状態で、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のＳＯＣ差に基づいて、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００間の充電制御を行う構成要素である。
ア．パックＳＯＣ取得部３１２
パックＳＯＣ取得部３１２は、一定の周期ごとに、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のそれぞれからＳＯＣ値を取得する構成要素である。ＳＯＣの取得または算出に際しては、公知のＳＯＣ算出方式を活用する。
イ．システム状態認識部３１４
システム状態認識部３１４は、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００と接続されている状態で、外部システム３００が待ち状態であるか、あるいは、活性状態であるかを認識する構成要素である。
ここで、待ち状態とは、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００と外部システム３００とが接続されている状態で、ユーザーが前記外部システム３００を使用しない状況のことをいう。
一方、活性状態とは、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００が外部システム３００に接続されている状態で、ユーザーが前記外部システム３００を使用している状況のことをいう。
待ち状態であると認識された場合、例えば、待ち状態信号を出力することができる。
活性状態であると認識された場合、例えば、活性状態信号を出力することができる。
ウ．接続切換え有無判断部３１６
接続切換え有無判断部３１６は、前記システム状態認識部３１４から待ち状態信号が出力される場合、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のＳＯＣ差に基づいて、前記バッテリーパック間の接続状態の切換え有無を判断する構成要素である。
このような接続切換え有無判断部３１６は、下記のような細部の構成要素を備えていてもよい。
１）パックＳＯＣ差算出部３１６２
パックＳＯＣ差算出部３１６２は、前記パックＳＯＣ取得部３１２において取得した第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のそれぞれのＳＯＣ値を用いて、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００間のＳＯＣ差の値であるパックＳＯＣ差を算出する。
２）比較判断部３１６４
比較判断部３１６４は、前記算出されたパックＳＣＯ差が所定の基準パックＳＯＣ差を超えるか否かを比較して、所定の基準パックＳＯＣ差を超える場合、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の接続状態を並列接続に切り換えると判断する。前記前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の接続状態を並列接続に切り換えると判断された場合、この旨を示す信号、例えば、並列切換え信号を出力することができる。
また、前記並列切換え信号が出力された後、前記パックＳＯＣ差算出部３１６２において算出されたパックＳＯＣ差が所定の基準ＳＯＣ差以内になると、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の接続状態を直列接続に切り換えると判断する。このような場合、この旨を示す信号、例えば、直列切換え信号を出力することができる。
エ．スイッチング制御部３１８
スイッチング制御部３１８は、後述するバッテリー接続部４００に構成される第１～第５のスイッチＳＷ１～ＳＷ５の開閉を制御する構成要素である。
具体的に、接続切換え有無判断部３１６から並列切換え信号が出力されれば、第３、第４及び第５のスイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５をオフにして第３、第４及び第５の経路Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を開路（ｏｐｅｎ）し、第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンにして第１及び第２の経路Ｌ１、Ｌ２を接続（ｃｌｏｓｅ）して、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００を互いに並列に接続する。
これにより、外部システム３００への出力を遮断し、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のうち、ＳＯＣの高いバッテリーパックがＳＯＣの低いバッテリーパックを充電するようにすることができる。
一方、接続切換え有無判断部３１６から直列切換え信号が出力される場合であれば、あるいは、システム状態認識部３１４から活性信号が出力される場合であれば、第３、第４及び第５のスイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５をオンにして第３、第４及び第５の経路Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を接続（ｃｌｏｓｅ）し、第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフにして第１及び第２の経路Ｌ１、Ｌ２を開路（ｏｐｅｎ）して、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００を互いに直列に接続する。これにより、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の直列接続出力が外部システム３００に供給される。
図２は、本発明の実施形態によるＳＯＣの高いバッテリーパックがＳＯＣの低いバッテリーパックを充電する動作を示す図である。
図２を参照すると、例えば、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のＳＯＣ差が所定の基準ＳＯＣ差を超え、第２のバッテリーパック２００のＳＯＣが第１のバッテリーパック１００のＳＯＣよりも高い場合、第３、第４及び第５のスイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５をオフにして第３、第４及び第５の経路Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を開路（ｏｐｅｎ）し、第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンにして第１及び第２の経路Ｌ１、Ｌ２を接続（ｃｌｏｓｅ）して、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００を互いに並列に接続する。
また、第２の充電ＦＥＴ（Ｃ－ＦＥＴ）２２４をターンオフし、第２の放電ＦＥＴ（Ｄ－ＦＥＴ）２２１及び第２の放電Ｐ－ＦＥＴ ２２３をターンオンし、第１の充電ＦＥＴ １２４をターンオンして、第２のバッテリーセルモジュール２１０の電流が第１のバッテリーセルモジュール１１０に流れて充電するようにして、前記バッテリーパック１００、２００間のＳＯＣ差を解消することができる。
逆に、第２のバッテリーパック２００のＳＯＣが第１のバッテリーパック１００のＳＯＣよりも低い場合には、上記の方法と同様にして、第１及び第２のバッテリーパックを並列に接続し、第１のバッテリーパックの第１の放電ＦＥＴ １２１、第１の放電Ｐ－ＦＥＴ １２３をターンオンし、第２のバッテリーパックの第２の充電ＦＥＴ ２２４をターンオンして、第１のバッテリーセルモジュール１１０の電流が第２のバッテリーセルモジュール２１０に流れて充電するようにして、前記バッテリーパック１００、２００間のＳＯＣ差を解消することができる。
このような制御部３１０は、外部システム３００内に実現されることができ、第１及び第２のバッテリーパックのバッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）（図示せず）に制御信号を伝送して、前記トランジスター１２１、１２３、１２４、２２１、２２３、２２４の開閉を制御することができる。
ここで、外部システム３００とは、例えば、電動自転車、電動スクーターなどを網羅する軽電気自動車（ＬＥＶ）のことをいう。
１．３．バッテリー接続部４００
バッテリー接続部４００は、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００と接続されている外部システム３００が待ち状態にある場合、制御部３１０の制御信号に基づいて、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００を並列に接続し、前記外部システム３００の出力を遮断する。
一方、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００と接続されている外部システム３００が活性状態にある場合、制御部３１０の制御信号に基づいて、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００を直列に接続して、その直列接続出力を前記外部システム３００に出力する。
このようなバッテリー接続部４００は、図１に示すように、下記の細部の構成要素を備える。
ア．入力部４１０
入力部は、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の出力を入力される構成要素である。
１）第１の（＋）接続部４１２
第１の（＋）接続部は、第１のバッテリーパック１００の（＋）端子に接続される。
２）第２の（＋）接続部４１４
第２の（＋）接続部は、第２のバッテリーパック２００の（＋）端子に接続される。
３）第１の（－）接続部４１６
第１の（－）接続部は、第１のバッテリーパック１００の（－）端子に接続される。
４）第２の（－）接続部４１８
第２の（－）接続部は、第２のバッテリーパック２００の（－）端子に接続される。
イ．出力部４２０
出力部は、入力部に入力された第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の出力を外部システム３００に出力または遮断する構成要素である。
１）（＋）出力端４２２
（＋）出力端は、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の直列の（＋）出力を外部システム３００に接続する。
２）（－）出力端４２４
（－）出力端は、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の直列の（－）出力を外部システム３００に接続する。
ウ．経路接続部４００
経路接続部４００は、入力部と出力部との間において第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の接続を構成するものであって、下記のような細部の構成要素を備える。
１）第１の経路Ｌ１
第１の経路Ｌ１は、第１の（－）接続部４１６と第２の（－）接続部４１８とを接続する経路であり、第１のスイッチＳＷ１により開閉される。
２）第２の経路Ｌ２
第２の経路Ｌ２は、第１の（＋）接続部４１２と第２の（＋）接続部４１４とを接続する経路であり、第２のスイッチＳＷ２により開閉される。
３）第３の経路Ｌ３
第３の経路Ｌ３は、第２の（＋）接続部４１４と（＋）出力端４２２とを接続する経路であり、第３のスイッチＳＷ３により開閉される。
４）第４の経路Ｌ４
第４の経路Ｌ４は、第１の（＋）接続部４１２と第２の（－）接続部４１８とを接続する経路であり、第４のスイッチＳＷ４により開閉される。
５）第５の経路Ｌ５
第５の経路Ｌ５は、第１の（－）接続部４１６）と（－）出力端４２４とを接続する経路であり、第５のスイッチＳＷ５により開閉される。
６）第１のスイッチＳＷ１
第１のスイッチＳＷ１は、第１の経路Ｌ１の上に構成されて、前記制御部３１０のスイッチング制御部３１８の制御に従いオン／オフになって前記第１の経路Ｌ１を開閉する。
７）第２のスイッチＳＷ２
第２のスイッチＳＷ２は、第２の経路Ｌ２の上に構成されて、前記制御部３１０のスイッチング制御部３１８の制御に従いオン／オフになって前記第２の経路Ｌ２を開閉する。
８）第３のスイッチＳＷ３
第３のスイッチＳＷ３は、第３の経路Ｌ３の上に構成されて、前記制御部３１０のスイッチング制御部３１８の制御に従いオン／オフになって前記第３の経路Ｌ３を開閉する。
９）第４のスイッチＳＷ４
第４のスイッチＳＷ４は、第４の経路Ｌ４の上に構成されて、前記制御部３１０のスイッチング制御部３１８の制御に従いオン／オフになって前記第４の経路Ｌ４を開閉する。
１０）第５のスイッチＳＷ５
第５のスイッチＳＷ５は、第５の経路Ｌ５の上に構成されて、前記制御部３１０のスイッチング制御部３１８の制御に従いオン／オフになって前記第５の経路Ｌ５を開閉する。
２．本発明による直列バッテリーパック間の充電制御方法
図４は、本発明の実施形態による直列バッテリーパック間の充電制御方法を示す図である。
図４を参照すると、本発明の実施形態による方法は、互いに直列に接続された２以上のバッテリーパックが外部システム（例えば、電動自転車、電動スクーターなど）に接続および／または装着されている状態で、前記バッテリーパック間のＳＯＣ差の状態及び外部システムの待ち状態の有無に応じて、前記バッテリーパック間の直列／並列接続の切換えを行うことで、ＳＯＣ差を解消することができる。このような方法は、下記のようなステップを含む。
２．１．パックＳＯＣ取得ステップ（Ｓ１００）
パックＳＯＣ取得ステップ（Ｓ１００）は、制御部３１０が一定の周期ごとに、直列バッテリーパック１００、２００のそれぞれのＳＯＣ値を取得するステップである。
より具体的に、直列バッテリーパック１００、２００と接続されている外部システム３００内に実現されている制御部３１０の構成において、前記バッテリーパック１００、２００との通信接続を行うことで、それぞれのＳＯＣ値を一定の周期ごとに取得することができる。
２．２．システム待ち状態認識ステップ（Ｓ２００）
システム待ち状態認識ステップ（Ｓ２００）は、直列バッテリーパック１００、２００と接続されている状態で、外部システム３００が待ち状態であるか否かを認識するステップである。
具体的に、直列バッテリーパック１００、２００と外部システム３００とが接続されている状態で、前記外部システム３００内に実現されている制御部３１０の構成要素が前記外部システム３００が待ち状態であるか否かを認識することができる。
ここで、待ち状態とは、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００と外部システム３００とが接続されている状態で、前記外部システム３００が前記バッテリーパック１００、２００の直列出力を使用しない状況のことをいう。
一方、待ち状態ではない場合は、活性状態であって、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００が外部システム３００に接続されている状態で、前記外部システム３００が前記バッテリーパック１００、２００の直列出力により駆動されている状況のことをいう。
２．３．並列接続への切換えステップ（Ｓ３００）
並列接続への切換えステップ（Ｓ３００）は、前記システム待ち状態認識ステップ（Ｓ２００）における認識の結果、前記外部システム３００が待ち状態であると認識された場合、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のＳＯＣ差に基づいて、前記バッテリーパック間の接続状態を切り換えるステップである。
ア．第１のパックＳＯＣ差算出ステップ
第１のパックＳＯＣ差算出ステップは、前記システム待ち状態認識ステップ（Ｓ２００）において、外部システム３００が待ち状態であると認識された場合、前記パックＳＯＣ取得ステップ（Ｓ１００）において取得された第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のそれぞれのＳＯＣ値を用いて、前記バッテリーパックの間のＳＯＣ差を算出するステップである。
イ．第１の比較判断ステップ
第１の比較判断ステップは、前記第１のパックＳＯＣ差算出ステップにおいて算出された第１及び第２のバッテリーパック１００、２００間のＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差を超えるか否かを比較して、その比較結果に基づいて、前記バッテリーパック１００、２００の直列接続を並列接続に切り換えるか否かを判断するステップである。
より具体的に、前記比較の結果、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差を超える場合、前記バッテリーパック１００、２００の直列接続を並列接続に切り換えると判断し、並列接続に切り換える。
すなわち、第１の比較判断ステップにおいて、並列接続への切換えの判断が下される場合、並列接続への切換えを行う。
これは、図１を参照すると、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００と外部システム３００との間に構成されるバッテリー接続部４００の第３、第４及び第５のスイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５をオフにして第３、第４及び第５の経路Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を開路（ｏｐｅｎ）し、第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンにして第１及び第２の経路Ｌ１、Ｌ２を接続（ｃｌｏｓｅ）して、互いに並列に接続するようにして実現され得る。
このようなステップを用いて、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００が並列に接続されて、図２に示すように、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のうち、ＳＯＣの高いバッテリーパックからＳＯＣの低いバッテリーパックへと電流が流れることになって充電を行うことにより、前記バッテリーパック間のＳＯＣ差を解消可能である。
２．４．接続切換え有無判断ステップ（Ｓ４００）
接続切換え有無判断ステップ（Ｓ４００）は、前記並列接続への切換えステップ（Ｓ３００）における並列接続への切換え後に、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差以内になるか否かに応じて、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の並列接続を直列接続に切り換えるか否かを判断するステップである。
ア．第２のパックＳＯＣ差算出ステップ
第２のパックＳＯＣ差算出ステップは、前記並列接続への切換えステップ（Ｓ３００）において第１及び第２のバッテリーパック１００、２００を並列に接続した後、パックＳＯＣ取得ステップ（Ｓ１００）において取得される第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のそれぞれのＳＯＣ値を用いて、前記バッテリーパック１００、２００間のＳＯＣ差を算出するステップである。
イ．第２の比較判断ステップ
第２の比較判断ステップは、前記第２のパックＳＯＣ差算出ステップにおいて算出された第１及び第２のバッテリーパック１００、２００のＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差以内になるか否かを比較して、所定の基準パックＳＯＣ差以内であれば、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の並列接続を直列接続に切り換えると判断するステップである。
２．５．直列接続への切換えステップ（Ｓ５００）
直列接続への切換えステップ（ＳＳ００）は、前記接続切換え有無判断ステップ（Ｓ４００）において、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の並列接続を直列接続に切り換えると判断された場合、前記第１及び第２のバッテリーパック１００、２００を直列接続に切り換えるステップである。
これは、図１を参照すると、第１の及び第２のバッテリーパック１００、２００と外部システム３００との間に構成されるバッテリー接続部４００の第３、第４及び第５のスイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５をオンにして第３、第４及び第５の経路Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を接続（ｃｌｏｓｅ）し、第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフにして第１及び第２の経路Ｌ１、Ｌ２を開路（ｏｐｅｎ）して、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００を互いに直列に接続するようにして実現され得る。
このように、直列バッテリーパック１００、２００が外部システム３００に接続されて保管されている状態で、前記バッテリーパックの間のＳＯＣ差が大きな場合、前記バッテリーパックと外部システム３００との間に構成されているスイッチの制御を行うことで、前記バッテリーパックを互いに並列に接続して、ＳＯＣの高いバッテリーパックがＳＯＣの低いバッテリーパックを充電して、前記バッテリーパックのＳＯＣ差を解消することができる。したがって、第１及び第２のバッテリーパック１００、２００の直列出力可能時間を最大限に延ばして、外部システム３００の使用性及び効率性を向上させることができる。
一方、本発明の技術的思想は、前記実施形態に基づいて具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに留意すべきである。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の実施形態が実施可能であるということが理解できる筈である。
本発明において用いられた図面の符号に対する各名称は、下記の通りである。
１００、２００ 第１及び第２のバッテリーパック
１２０、２２０ 第１及び第２の放電回路部
１２１、２２１ 第１及び第２の放電ＦＥＴ
１２２、２２２ 第１及び第２の放電抵抗
１２３、２２３ 第１及び第２の放電Ｐ－ＦＥＴ
１２４、２２４ 第１及び第２の充電ＦＥＴ
３００ 外部システム
３１０ 制御部
３１２ パックＳＯＣ取得部
３１４ システム状態認識部
３１６ 接続切換え有無判断部
３１６２ パックＳＯＣ差算出部
３１６４ 比較判断部
３１８ スイッチング制御部
４００ バッテリー接続部

Claims (11)

  1. 第１のバッテリーパックと、第２のバッテリーパックと、バッテリー接続部とを備える、バッテリーパック間の充電制御システムであって、
    前記バッテリー接続部は、
    外部システムが待ち状態にある場合、前記第１及び第２のバッテリーパックを並列に接続し、外部システムへの出力を遮断し、
    前記外部システムが活性状態にある場合、前記第１及び第２のバッテリーパックを直列に接続して、その直列接続出力を前記外部システムに出力し、
    前記第１及び第２のバッテリーパックは、
    セルモジュールの（＋）端とパック（＋）端子とを接続する経路にそれぞれ第１及び第２の放電回路部を備え、
    前記第１及び第２の放電回路部は、
    それぞれ放電ＦＥＴ（電界効果トランジスター）、前記放電ＦＥＴに直列に接続された放電抵抗及び放電プレチャージＦＥＴと、
    前記直列に接続された抵抗及び放電プレチャージＦＥＴに並列に接続される充電ＦＥＴと、
    を備える
    バッテリーパック間の充電制御システム。
  2. 前記バッテリー接続部は、
    前記第１及び第２のバッテリーパックの出力を入力される入力部と、
    前記入力部に入力された第１及び第２のバッテリーパックの出力を外部システムに出力または遮断する出力部と、
    前記入力部と出力部との間において第１及び第２のバッテリーパックの接続を構成する経路接続部と、
    を備える、請求項１に記載のバッテリーパック間の充電制御システム。
  3. 前記入力部は、
    前記第１のバッテリーパックの（＋）端子に接続される第１の（＋）接続部と、
    前記第２のバッテリーパックの（＋）端子に接続される第２の（＋）接続部と、
    前記第１のバッテリーパックの（－）端子に接続される第１の（－）接続部と、
    前記第２のバッテリーパックの（－）端子に接続される第２の（－）接続部と、
    を備え、
    前記経路接続部は、
    第１の（－）接続部と第２の（－）接続部とを接続する第１の経路と、
    第１の（＋）接続部と第２の（＋）接続部とを接続する第２の経路と、
    第２の（＋）接続部と（＋）出力端とを接続する第３の経路と、
    第１の（＋）接続部と第２の（－）接続部とを接続する第４の経路と、
    第１の（－）接続部と（－）出力端とを接続する第５の経路と、
    前記第１～第５の経路をそれぞれ開閉する第１～第５のスイッチと、
    を備える、請求項２に記載のバッテリーパック間の充電制御システム。
  4. 前記外部システムは、制御部を備え、
    前記制御部は、
    一定の周期ごとに、第１及び第２のバッテリーパックのそれぞれからＳＯＣ（残容量）値を取得するパックＳＯＣ取得部と、
    前記外部システムが待ち状態であるか否かを認識して、待ち状態であると認識された場合、待ち状態信号を出力するシステム状態認識部と、
    前記システム状態認識部から待ち状態信号が出力された場合、前記第１及び第２のバッテリーパックのＳＯＣ差に基づいて、前記バッテリーパック間の接続状態の切換え有無を判断する接続切換え有無判断部と、
    前記第１～第５のスイッチの開閉を制御するスイッチング制御部と、
    を備える、請求項３に記載のバッテリーパック間の充電制御システム。
  5. 前記接続切換え有無判断部は、
    前記待ち状態信号が出力されれば、前記パックＳＯＣ取得部において取得した第１及び第２のバッテリーパックのそれぞれのＳＯＣ値を用いて、パックＳＯＣ差を算出するパックＳＯＣ差算出部と、
    前記算出されたパックＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差を超えるか否かを比較して、所定の基準パックＳＯＣ差を超える場合に、前記第１及び第２のバッテリーパックを並列接続に切り換えると判断する比較判断部と、
    を備え、
    前記比較判断部において並列接続に切り換えると判断された場合、並列切換え信号を出力する、請求項４に記載のバッテリーパック間の充電制御システム。
  6. 前記スイッチング制御部は、
    前記並列切換え信号が出力されれば、第３、第４及び第５のスイッチをオフにして第３、第４及び第５の経路を開路（ｏｐｅｎ）し、第１及び第２のスイッチをオンにして第１及び第２の経路を接続（ｃｌｏｓｅ）して前記第１及び第２のバッテリーパックを並列に接続する、請求項５に記載のバッテリーパック間の充電制御システム。
  7. 前記比較判断部は、
    前記並列切換え信号が出力された後、前記パックＳＯＣ差算出部において算出されるパックＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差以内になると、前記第１及び第２のバッテリーパックを直列接続に切り換えると判断し、直列切換え信号を出力し、
    前記スイッチング制御部は、
    前記直列切換え信号が出力されれば、第３、第４及び第５のスイッチをオンにして第３、第４及び第５の経路を接続（ｃｌｏｓｅ）し、第１及び第２のスイッチをオフにして第１及び第２の経路を開路（ｏｐｅｎ）して前記第１及び第２のバッテリーパックを直列に接続する、請求項６に記載のバッテリーパック間の充電制御システム。
  8. バッテリーパック間の充電制御方法において、
    外部システムにおいて、一定の周期ごとに、第１及び第２のバッテリーパックのそれぞれのＳＯＣ値を取得するパックＳＯＣ取得ステップと、
    前記外部システムが待ち状態であるか否かを認識するシステム待ち状態認識ステップと、
    前記外部システムが待ち状態であると認識された場合、第１及び第２のバッテリーパックのＳＯＣ差に基づいて、前記第１及び第２のバッテリーパックを並列に接続する並列接続への切換えステップと、
    を含み、
    前記並列接続への切換えステップは、
    前記外部システムが待ち状態であると認識された場合、前記パックＳＯＣ取得ステップにおいて取得された第１及び第２のバッテリーパックのそれぞれのＳＯＣ値を用いて、パックＳＯＣ差を算出する第１のパックＳＯＣ差算出ステップと、
    前記算出されたパックＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差を超えるか否かを比較して、所定の基準パックＳＯＣ差を超える場合、前記第１及び第２のバッテリーパックを並列接続に切り換えると判断する第１の比較判断ステップと、
    を含む、バッテリーパック間の充電制御方法。
  9. 前記並列接続への切換えステップは、
    前記第１及び第２のバッテリーパックと外部システムとの間に構成されるバッテリー接続部の第３、第４及び第５のスイッチをオフにして第３、第４及び第５の経路を開路（ｏｐｅｎ）し、第１及び第２のスイッチをオンにして第１及び第２の経路を接続（ｃｌｏｓｅ）して前記第１及び第２のバッテリーパックを並列に接続するものである、請求項８に記載のバッテリーパック間の充電制御方法。
  10. 前記並列接続への切換えステップ後に、第１及び第２のバッテリーパックのＳＯＣ差が所定の基準パックＳＯＣ差以内になるか否かに応じて、前記第１及び第２のバッテリーパックの並列接続を直列接続に切り換えるか否かを判断する接続切換え有無判断ステップと、
    前記接続切換え有無判断ステップにおいて、直列接続に切り換えると判断された場合、前記第１及び第２のバッテリーパックを直列に接続する直列接続への切換えステップと、
    をさらに含み、
    前記接続切換え有無判断ステップは、
    前記並列接続後に、パックＳＯＣ取得ステップにおいて取得される第１及び第２のバッテリーパックのそれぞれのＳＯＣ値を用いて、パックＳＯＣ差を算出する第２のパックＳＯＣ差算出ステップと、
    前記算出されたパックＳＯＣ差が所定の基準ＳＯＣ差以内になると、前記第１及び第２のバッテリーパックの並列接続を直列接続に切り換えると判断する第２の比較判断ステップと、
    を含む、請求項８に記載のバッテリーパック間の充電制御方法。
  11. 前記直列接続への切換えステップは、
    前記第１及び第２のバッテリーパックと外部システムとの間に構成されるバッテリー接続部の第３、第４及び第５のスイッチをオンにして第３、第４及び第５の経路を接続（ｃｌｏｓｅ）し、第１及び第２のスイッチをオフにして第１及び第２の経路を開路（ｏｐｅｎ）して前記第１及び第２のバッテリーパックを直列に接続するものである、請求項１０に記載のバッテリーパック間の充電制御方法。
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