JPWO2021215131A5

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Publication number: JPWO2021215131A5
Application number: JP2022516882A
Authority: JP
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2041-03-09

Description

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る充放電ユニットは、
電源から供給される電力を変換して電圧を出力する電力供給ユニットに接続される負荷と、前記負荷に接続され一定の電圧を出力する蓄電部と、の間に接続され、前記蓄電部の充放電を制御する充放電ユニットであって、
前記負荷と前記蓄電部との間に並列接続され、前記負荷へ電流を出力する第１電力変換回路と、前記蓄電部へ電流を出力する第２電力変換回路と、
前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路とに接続され、前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路と制御するユニット制御部と、を備え、
前記第１電力変換回路の出力は、前記第２電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記第２電力変換回路の出力は、前記第１電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記ユニット制御部は、前記電力供給ユニットから前記負荷へ供給される電流が予め設定された電流上限値未満のときに、前記第１電力変換回路が出力する電流と前記第２電力変換回路が出力する電流とがゼロより大きくなるように前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する第１モードで前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御し、前記電力供給ユニットから前記負荷へ供給される電流が予め設定された電流上限値以上のときに、前記第１電力変換回路が出力する電流をゼロより大きい値となるように制御するとともに前記第２電力変換回路に、前記蓄電部へ出力する電流を停止する充電停止動作をさせる第２モードで前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する。

また、本発明の一態様に係る充放電ユニットは、
電源から供給される電力を変換して電圧を出力する電力供給ユニットに接続される負荷と、前記負荷に接続され一定の電圧を出力する蓄電部と、の間に接続され、前記蓄電部の充放電を制御する充放電ユニットであって、
前記負荷と前記蓄電部との間に並列接続され、前記負荷へ電流を出力する第１電力変換回路と、前記蓄電部へ電流を出力する第２電力変換回路と、
前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路とに接続され、前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路と制御するユニット制御部と、を備え、
前記第１電力変換回路の出力は、前記第２電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記第２電力変換回路の出力は、前記第１電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記ユニット制御部が、前記第１電力変換回路が出力する電流と前記第２電力変換回路が出力する電流とがゼロより大きくなるように前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する第１モードと、前記第１電力変換回路が出力する電流をゼロより大きい値となるように制御するとともに前記第２電力変換回路に、前記蓄電部へ出力する電流を停止する充電停止動作をさせる第２モードと、で前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御し、前記第１モードにおいて、現時点を含む予め設定された判定期間内における前記電力供給ユニットから前記負荷へ供給される電流の電流値の履歴に基づいて、前記第１電力変換回路が前記負荷へ出力する電流の値と、前記第２電力変換回路が前記蓄電部へ出力する電流の値とを制御する。

また、本発明の一態様に係る充放電ユニットは、
電源から供給される電力を変換して電圧を出力する電力供給ユニットに接続される負荷と、前記負荷に接続され一定の電圧を出力する蓄電部と、の間に接続され、前記蓄電部の充放電を制御する充放電ユニットであって、
前記負荷と前記蓄電部との間に並列接続され、前記負荷へ電流を出力する第１電力変換回路と、前記蓄電部へ電流を出力する第２電力変換回路と、
前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路とに接続され、前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路と制御するユニット制御部と、を備え、
前記第１電力変換回路の出力は、前記第２電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記第２電力変換回路の出力は、前記第１電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路が、それぞれ、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータであり、前記蓄電部へ電流を出力する充電動作と、前記負荷へ電流を出力する放電動作と、が可能であり、
前記ユニット制御部が、前記第１電力変換回路が出力する電流と前記第２電力変換回路が出力する電流とがゼロより大きくなるように前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する第１モードと、前記第１電力変換回路が出力する電流をゼロより大きい値となるように制御するとともに前記第２電力変換回路に、前記蓄電部へ出力する電流を停止する充電停止動作をさせる第２モードと、前記第２電力変換回路から前記負荷へ出力する放電電力と、前記第１電力変換回路が前記蓄電部へ出力する電流とが、ゼロより大きくなるように、前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する第３モードと、前記第２電力変換回路が前記負荷へ出力する電流をゼロより大きい値に制御するとともに前記第１電力変換回路に前記蓄電部へ出力する電流を停止する充電停止動作を行わせる第４モードと、で前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する。

充放電ユニット１０２は、電力供給ユニット１０１の出力端ｔｅＡ、ｔｅＢ、ｔｅＣとバッテリ４１との間に接続され、バッテリ４１と負荷３１の間に流れる電流を制御する。充放電ユニット１０２は、充放電回路１３と、放電回路１４と、バッテリ４１と、電流検出部２３４と、電圧検出部２３３と、ユニット制御部５１と、負荷３１と放電回路１４と充放電回路１３とに接続される配線Ｌ１１、Ｌ１２と、を有する。放電回路１４は、バッテリ４１に蓄えられた電気を負荷３１へ放電する第１電力変換回路である。放電回路１４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１の動作を制御するコンバータ制御部１４２と、電流検出部２４２と、電圧検出部２４１と、を有する。ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１は、例えば図２（Ａ）に示すような降圧動作をする非絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータであり、バッテリ４１の出力端間に接続された２つのスイッチング素子Ｑ１４１１、Ｑ１４１２と、インダクタＬ１４１と、コンデンサＣ１４１と、を有する。スイッチング素子Ｑ１４１１、Ｑ１４１２は、例えばＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴであり、スイッチング素子Ｑ１４１１のソースがスイッチング素子Ｑ１４１２のドレインに接続されている。インダクタＬ１４１の一端は、スイッチング素子Ｑ１４１１のソースおよびスイッチング素子Ｑ１４１２のドレインに共通接続されている。コンデンサＣ１４１は、インダクタＬ１４１の他端とスイッチング素子Ｑ１４１２のソースとの間に接続され、両端間に生じる電圧が負荷３１へ出力される。コンバータ制御部１４２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４１をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。

図７に示すように、ユニット制御部２０５１は、実施の形態１で説明したユニット制御部５１と同様のハードウェア構成を有し、電流取得部５１１、特定部５１２、指令部５１３、ＳＯＣ情報取得部２５１４および目標電流決定部２５１５として機能する。なお、図７において、実施の形態１と同様の構成については図３と同一の符号を付している。また、メモリには、放電目標電流値記憶部５３１と、充放電制御情報記憶部５３２と、目標電流値候補記憶部２５３３と、を有する。目標電流値候補記憶部２５３３は、例えば図８（Ａ）に示すように、放電回路１４の目標電流値情報を、対応するバッテリ４１の出力電圧を示すＳＯＣ情報に対応づけて記憶している。図８（Ａ）に示す例では、バッテリ４１の出力電圧Ｖｓｏｃが、予め設定された電圧閾値Ｖ１以上の場合、放電回路１４の出力電流の目標電流値を電流値Ｉｏｕｔｔ１に設定し、バッテリ４１の出力電圧Ｖｓｏｃが、電圧閾値Ｖ１よりも低い電圧閾値Ｖ２以上且つ電圧閾値Ｖ１未満の場合、放電回路１４の出力電流の目標電流値を電流値Ｉｏｕｔｔ１よりも小さい電流値Ｉｏｕｔｔ２に設定している。また、バッテリ４１の出力電圧Ｖｓｏｃが、電圧閾値Ｖ２未満の場合、放電回路１４の出力電流の目標電流値を電流値Ｉｏｕｔｔ２よりも小さい電流値Ｉｏｕｔｔ３に設定している。即ち、放電回路１４の出力電流の目標電流値は、バッテリ４１の出力電圧が小さくなるほど小さくなるように設定されている。

電流取得部５１１は、コンバータ制御部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２ＣからＡＣ－ＤＣコンバータ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃの出力電流の電流値を示す電流値情報を取得すると、取得した電流値情報を特定部５１２に通知するとともに電流値履歴記憶部３５３４に時系列で記憶させる。割合算出部３５１４は、電流値履歴記憶部３５３４および目標電流値候補記憶部３５３３が記憶する情報を参照して、前述の判定期間内における目標電流値候補記憶部３５３３が記憶する各出力電流範囲の発生割合を算出する。割合算出部３５１４は、算出した各出力電流範囲の発生割合を示す発生割合情報を目標電流決定部３５１５へ通知する。目標電流決定部３５１５は、割合算出部３５１４から通知される発生割合情報に基づいて、発生割合が最大の出力電流範囲を特定する。そして、目標電流決定部３５１５は、目標電流値候補記憶部３５３３が記憶する情報を参照して、特定した発生割合が最大の出力電流範囲に対応づけられた目標電流値を放電目標電流値として特定する。また、目標電流決定部３５１５は、特定した放電目標電流値を示す目標電流値情報で、放電目標電流値記憶部５３１が記憶する放電目標電流値情報を更新する。

第２モードの制御とは、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ４１４１から配線Ｌ１１へ向かう方向に流れる電流が、ゼロより大きい値として電流検出部２４２で検出され、且つ、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１３１の充電を停止する充電停止動作を行う制御である。本変形例では、Ｉｏｕｔ≧Ｉｔｈ３のときに、第２モードの制御が行われる。

第３モードの制御とは、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１３１から配線Ｌ１２へ向かう方向に流れる電流が、ゼロより大きい値として電流検出部２３２で検出され、かつ、配線Ｌ１１から双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ４１４１へ向かう方向に流れる電流が、ゼロより大きい値として電流検出部２４２で検出されるように行われる制御である。本実施例では、Ｉｏｕｔ＜Ｉｔｈ３の状態のときに、第３モードの制御が行われる。

第４モードの制御とは、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１３１から配線Ｌ１２へ向かう方向に流れる電流が、ゼロより大きい値として電流検出部２３２で検出され、かつ、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ４１４１の充電を停止する充電停止動作を行う制御である。本実施例では、Ｉｏｕｔ≧Ｉｔｈ３のときに、第４モードの制御が行われる。

Claims

電源から供給される電力を変換して電圧を出力する電力供給ユニットに接続される負荷と、前記負荷に接続され一定の電圧を出力する蓄電部と、の間に接続され、前記蓄電部の充放電を制御する充放電ユニットであって、
前記負荷と前記蓄電部との間に並列接続され、前記負荷へ電流を出力する第１電力変換回路と、前記蓄電部へ電流を出力する第２電力変換回路と、
前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路とに接続され、前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路と制御するユニット制御部と、を備え、
前記第１電力変換回路の出力は、前記第２電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記第２電力変換回路の出力は、前記第１電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記ユニット制御部は、前記電力供給ユニットから前記負荷へ供給される電流が予め設定された電流上限値未満のときに、前記第１電力変換回路が出力する電流と前記第２電力変換回路が出力する電流とがゼロより大きくなるように前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する第１モードで前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御し、前記電力供給ユニットから前記負荷へ供給される電流が予め設定された電流上限値以上のときに、前記第１電力変換回路が出力する電流をゼロより大きい値となるように制御するとともに前記第２電力変換回路に、前記蓄電部へ出力する電流を停止する充電停止動作をさせる第２モードで前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する、
充放電ユニット。
電源から供給される電力を変換して電圧を出力する電力供給ユニットに接続される負荷と、前記負荷に接続され一定の電圧を出力する蓄電部と、の間に接続され、前記蓄電部の充放電を制御する充放電ユニットであって、
前記負荷と前記蓄電部との間に並列接続され、前記負荷へ電流を出力する第１電力変換回路と、前記蓄電部へ電流を出力する第２電力変換回路と、
前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路とに接続され、前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路と制御するユニット制御部と、を備え、
前記第１電力変換回路の出力は、前記第２電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記第２電力変換回路の出力は、前記第１電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記ユニット制御部は、前記第１電力変換回路が出力する電流と前記第２電力変換回路が出力する電流とがゼロより大きくなるように前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する第１モードと、前記第１電力変換回路が出力する電流をゼロより大きい値となるように制御するとともに前記第２電力変換回路に、前記蓄電部へ出力する電流を停止する充電停止動作をさせる第２モードと、で前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御し、前記第１モードにおいて、現時点を含む予め設定された判定期間内における前記電力供給ユニットから前記負荷へ供給される電流の電流値の履歴に基づいて、前記第１電力変換回路が前記負荷へ出力する電流の値と、前記第２電力変換回路が前記蓄電部へ出力する電流の値とを制御する、
充放電ユニット。
電源から供給される電力を変換して電圧を出力する電力供給ユニットに接続される負荷と、前記負荷に接続され一定の電圧を出力する蓄電部と、の間に接続され、前記蓄電部の充放電を制御する充放電ユニットであって、
前記負荷と前記蓄電部との間に並列接続され、前記負荷へ電流を出力する第１電力変換回路と、前記蓄電部へ電流を出力する第２電力変換回路と、
前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路とに接続され、前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路と制御するユニット制御部と、を備え、
前記第１電力変換回路の出力は、前記第２電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記第２電力変換回路の出力は、前記第１電力変換回路の入力と電気的につながっており、
前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路は、それぞれ、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータであり、前記蓄電部へ電流を出力する充電動作と、前記負荷へ電流を出力する放電動作と、が可能であり、
前記ユニット制御部は、前記第１電力変換回路が出力する電流と前記第２電力変換回路が出力する電流とがゼロより大きくなるように前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する第１モードと、前記第１電力変換回路が出力する電流をゼロより大きい値となるように制御するとともに前記第２電力変換回路に、前記蓄電部へ出力する電流を停止する充電停止動作をさせる第２モードと、前記第２電力変換回路から前記負荷へ出力する放電電力と、前記第１電力変換回路が前記蓄電部へ出力する電流とが、ゼロより大きくなるように、前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する第３モードと、前記第２電力変換回路が前記負荷へ出力する電流をゼロより大きい値に制御するとともに前記第１電力変換回路に前記蓄電部へ出力する電流を停止する充電停止動作を行わせる第４モードと、で前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する、
充放電ユニット。
前記ユニット制御部は、
前記第１電力変換回路から出力される電流の少なくとも一部が前記第２電力変換回路に入力され、前記第２電力変換回路から出力される電流の少なくとも一部が前記第１電力変換回路に入力されるよう、前記第１電力変換回路と前記第２電力変換回路とを制御する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の充放電ユニット。
前記ユニット制御部は、前記電源から電力が供給されているときに前記第１モードで制御を行い、前記電源から電力が供給されていないときに前記第２モードで前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の充放電ユニット。
前記第２電力変換回路は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータであり、前記蓄電部へ電流を出力する充電動作と、前記負荷へ電流を出力する放電動作と、が可能であり、
前記ユニット制御部は、前記第２電力変換回路が充電停止動作を行った後、前記放電動作を行うように前記第２モードで前記第１電力変換回路および前記第２電力変換回路を制御する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の充放電ユニット。
前記第１電力変換回路は、インダクタを有する非絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータであり、
前記ユニット制御部は、前記インダクタを流れる前記第１電力変換回路から前記負荷へ出力される電流の波形が連続モードとなる電流値に設定する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の充放電ユニット。
電源から供給される電力を変換して電圧を出力する電力供給ユニットに接続され、前記負荷へ電力を供給するバッテリモジュールであって、
請求項１から７のいずれか１項に記載の充放電ユニットと、
前記充放電ユニットに接続される蓄電部と、を備える、
バッテリモジュール。
電源から供給される電力を変換して電圧を出力する電力供給ユニットと、
前記電力供給ユニットに接続される請求項８に記載のバッテリモジュールと、を備える、
電源システム。