WO2013015162A1 - バッテリ装置の充放電システム - Google Patents

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WO2013015162A1
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charging
batteries
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discharge
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晴大 小寺
秀城 遠藤
譲二 松原
正規 渡邉
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三菱自動車工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a charging / discharging system (a discharging system and a charging system) of a battery device.
  • a plurality of storage batteries are connected in series to an electric vehicle such as an electric vehicle (EV) that runs only by a motor or a hybrid vehicle (HEV, PHEV) that runs by a motor and an engine.
  • EV electric vehicle
  • HEV hybrid vehicle
  • a battery device for driving is mounted. With such a configuration, a desired voltage is obtained from the electric power stored in the battery device. In the battery device, the state of charge is monitored, and in order to protect the battery, a restriction is imposed so that regeneration is not performed in the fully charged state.
  • the battery of the battery device deteriorates due to secular change (repetition of charge / discharge cycles, etc.), and its battery capacity decreases, but the degree of battery capacity reduction varies depending on the temperature of each battery, etc. It is not uniform.
  • a battery with a large deterioration that is, a battery with a small battery capacity, has a property that the voltage tends to drop during discharging. Therefore, if some of the batteries in the battery device are more deteriorated than others, the remaining amount of voltage for determining the SOC (State of Charge) is likely to decrease, and the cruising distance of the vehicle (electricity from the outside or The distance traveled without refueling will be shortened.
  • SOC State of Charge
  • the battery device it is desirable to prevent a voltage difference between the batteries.
  • the battery capacity of each battery in the battery device becomes different due to the deterioration, the voltages of the batteries cannot be balanced when fully charged.
  • discharging from a battery having a high voltage is necessary, and power is wasted. This also occurs in a battery device that uses a plurality of new (not deteriorated) batteries having different battery capacities.
  • a battery with large deterioration that is, with a small battery capacity, has a property that the voltage is likely to increase during charging. Therefore, if some of the batteries in the battery device are more deteriorated than others, even if the other batteries are not fully charged, the batteries with large deterioration will be fully charged, and regeneration will be restricted. As a result, the cruising distance of the vehicle (the distance traveled without supplying electricity or fuel from the outside) is shortened. Further, when the battery is fully charged, the regeneration is restricted, so the amount of regeneration when the brake is depressed is not constant.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a charge / discharge system for a battery device in which the SOC is less likely to be reduced and electric power is not wasted even when a part of a battery having a small battery capacity is present.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a charge / discharge system for a battery device that can be charged even when a battery with a small battery capacity is in a fully charged state, and the amount of regeneration can be made constant.
  • the purpose is to do.
  • a charging / discharging system for a battery device for solving the above problems is as follows.
  • a battery device charge / discharge system that controls charging or discharging of the battery device, A first switch for connecting each battery in series; A second switch connected to a bypass line that bypasses each battery; Control means for detecting the state of each battery and controlling the first switch and the second switch according to the detected state; The control means selects a battery that avoids charging / discharging based on the detected state of each battery, turns off the first switch for the battery, and turns on the second switch for the battery, The battery is bypassed and other batteries are charged and discharged.
  • a charging / discharging system for a battery device according to a second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the charging / discharging system of the battery device according to the first invention While providing the first switch on either pole side of each battery, Each of the second switches is arranged so as to sandwich one battery and one first switch therebetween, and is connected to the bypass line.
  • a charging / discharging system for a battery device according to a third aspect of the present invention for solving the above problem is as follows.
  • the control means includes Based on the temperature and charging rate of each battery, a battery that cannot charge / discharge the required charge / discharge current value is selected as a battery that avoids charge / discharge.
  • a charging / discharging system for a battery device according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the control means includes The battery capacity of each battery is calculated from a map based on the temperature and the charging rate of each battery, and a battery that cannot charge / discharge a required charge / discharge current value is selected as a battery that avoids charge / discharge.
  • a charging / discharging system for a battery device for solving the above problem is as follows.
  • the control means includes While detecting the temperature and voltage of each battery, the change of the voltage of each battery at the time of use is detected, the charging rate of each battery is calculated based on the detected voltage of each battery, and the voltage of each battery at the time of use is also calculated.
  • the battery capacity of each battery is calculated based on the change of the battery, and a battery that cannot charge / discharge the required charge / discharge current value under the conditions of the temperature, the charging rate, and the battery capacity is selected as a battery that avoids charging / discharging. It is characterized by doing.
  • the battery is selected as a battery that avoids discharge, bypasses the battery, Therefore, the charging rate is difficult to decrease, and power is not wasted.
  • the battery capacity is small from the beginning or the battery capacity is small due to deterioration, even if the battery is fully charged, it is selected as a battery that avoids charging, and the battery is bypassed. Charging to other batteries is possible, and the amount of regeneration can be made constant.
  • FIG. (A) is a map used by the control shown in FIG. It is a figure which shows the switching (all series) by the control shown in FIG. It is a diagram showing a switching (B 1 Bypass) by the control shown in FIG. It is a diagram showing a switching (B 2 bypassed) by the control shown in FIG. It is a diagram showing a switching (B 3 bypassed) by the control shown in FIG. It is a figure explaining the effect by the control shown in FIG. It is a schematic block diagram which shows the modification of the discharge system of the battery apparatus shown in FIG.
  • FIG. 11 It is a schematic block diagram which shows the charging system of the battery apparatus which concerns on this invention. It is a flowchart explaining the control in the charging system of the battery apparatus shown in FIG. (A), (b) is a map used by the control shown in FIG. It is a figure which shows the switching (all series) by the control shown in FIG. It is a diagram showing a switching (B 1 Bypass) by the control shown in FIG. 11. It is a diagram showing a switching (B 2 bypassed) by the control shown in FIG. 11. It is a diagram showing a switching (B 3 bypassed) by the control shown in FIG. 11. It is a figure explaining the effect by the control shown in FIG. It is a schematic block diagram which shows the modification of the charging system of the battery apparatus shown in FIG.
  • FIGS an embodiment of a charge / discharge system for a battery device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
  • a discharging system for a battery device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
  • an embodiment of the battery system charging system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the discharge system and charging system of the battery device according to the present invention are applicable not only to electric vehicles but also to electric vehicles such as hybrid vehicles.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a discharge system for a battery device according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining control in the discharge system for the battery device illustrated in FIG. (B) is a map used in the control shown in FIG. 2
  • FIGS. 4 to 7 are diagrams showing some examples of switching by the control shown in FIG. 2
  • FIG. 8 is shown in FIG. It is a figure explaining the effect by other control.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the discharge system of the battery device shown in FIG.
  • the battery system discharge system of this embodiment monitors a battery device 10 having a plurality of batteries B 1 , B 2 , and B 3 , and the batteries B 1 , B 2 , and B 3 , and controls switches described later.
  • ECU Electronics Control Unit
  • the battery device 10 is connected to a load LD to be discharged (power supply target), and the ECU 20 controls a switch, which will be described later, according to the discharge current value, and supplies power to the load LD.
  • the load LD corresponds to a drive motor or the like.
  • three batteries are illustrated, but an actual battery device has a large number of batteries.
  • switches Sa 1 , Sa 2 , Sa 3 are provided to connect the batteries B 1 , B 2 , B 3 in series, and each battery B 1 , Switches Sb 1 , Sb 2 , Sb 3 and Sb 4 (second switches) are provided to connect to the bypass line BL that bypasses B 2 and B 3 .
  • a switch Sb 1 connected to the bypass line BL is provided between the load LD and the battery B 1, and a switch Sa 1 connecting the batteries B 1 and B 2 in series.
  • Sb 2 connected to the bypass line BL is provided between the battery B 2 and the battery B 2, and connected to the bypass line BL between the switch Sa 2 and the battery B 3 connecting the batteries B 2 and B 3 in series.
  • the provided switch Sb 3 the battery B 3 - between the switch Sa 3 for connecting the load LD in series with the load LD, and a switch Sb 4 to be connected to the bypass line BL. That is, the second switches are arranged so that one battery and one first switch are sandwiched therebetween.
  • connection structure of the switch Sa 1, Sa 2, Sa 3 and the switch Sb 1, Sb 2, Sb 3 , Sb 4 may be configured such as in a modification shown in FIG. Specifically, in FIG. 9, a switch Sb 1 connected to the bypass line BL is provided between the load LD and the switch Sa 1 connecting the load LD and the battery B 1 in series, and the battery B 1 and the battery B 1 are connected. A switch Sb 2 connected to the bypass line BL is provided between the switch Sa 2 connecting B 1 and B 2 in series, and the switch Sa 3 connecting the battery B 2 and the batteries B 2 to B 3 in series.
  • switch Sb 3 connected to the bypass line BL
  • switch Sb 4 connected to the bypass line BL is provided between the battery B 3 and the load LD.
  • the second switches are arranged so as to sandwich one battery and one first switch therebetween.
  • the ECU 20 measures the temperature and voltage of each of the batteries B 1 , B 2 , B 3 , and according to the measured temperature and voltage and the discharge current value requested from the load LD, FIG.
  • the switches Sa 1 , Sa 2 , Sa 3 and the switches Sb 1 , Sb 2 , Sb 3 , Sb 4 having the configuration shown in FIG. 9, all the batteries are connected in series (see FIG. 4 described later). Any one or a plurality of batteries among all the batteries can be bypassed, and the remaining batteries can be connected in series (FIGS. 5 to 7 described later).
  • FIG. 3A is a map showing an allowable discharge current value with respect to changes in temperature and SOC in a battery having a certain battery capacity
  • FIG. 3B shows each SOC shown in FIG. It is a map for interpolating the value between.
  • a discharge request for example, a discharge request with a discharge current value of 20A is input from the load LD to the ECU 20 (step S1).
  • This discharge request is not limited to a discharge request when discharging is not performed (for example, when charging or regenerating), but may be a discharge request when discharging is performed, that is, a request for changing a discharge current value. Good.
  • each battery B 1 , B 2 , B 3 The temperature and voltage of each battery B 1 , B 2 , B 3 are measured (steps S2 to S3).
  • the battery capacities of the respective batteries B 1 , B 2 and B 3 are calculated (step S4).
  • the battery capacity of each battery B 1 , B 2 , B 3 is calculated, for example, from the change in voltage of each battery B 1 , B 2 , B 3 immediately before or after the most recent use. More specifically, the voltage of each battery B 1 , B 2 , B 3 before being used for traveling and the voltage of each battery B 1 , B 2 , B 3 after being used for traveling at the time of traveling immediately before or immediately before.
  • the battery capacity is calculated from the change from the voltage. In general, when a constant current is supplied for a certain period of time, it can be calculated that the larger the voltage change, the smaller the battery capacity.
  • the battery capacity of the battery may be calculated using other known methods.
  • the maps shown in FIGS. 3A and 3B are maps for a certain battery capacity, and the ECU 20 maps the maps shown in FIGS. 3A and 3B for each battery capacity (for example, the battery capacity). (Deterioration rate every 5%)
  • the requested discharge current value is 10 A
  • the temperatures of the batteries B 1 , B 2 and B 3 are both 25 ° C.
  • the SOCs of the batteries B 1 , B 2 and B 3 are 40%, 30% and 50%, respectively, any of the batteries B 1 , B 2 and B 3 can be discharged with a discharge current value of 10 A or more. Therefore, there is no battery that needs to be bypassed, and, as will be described later, in step S8, the connection state shown in FIG. 4 is switched.
  • the requested discharge current value is 20 A
  • the temperatures of the batteries B 1 , B 2 , B 3 are all 25 ° C.
  • the SOCs of the batteries B 1 , B 2 , B 3 are 40%, 30%, If it is 50%, only the battery B 2 can not be discharged at a discharge current value of 20 A or more, so it is necessary to bypass only the battery B 2.
  • step S8 as shown in FIG. Connection state switching is performed.
  • the current switching connection state is compared with the switching connection state for bypassing the battery selected in step S6, and it is determined whether it is necessary to perform switching. If switching needs to be performed, that is, if both connection states are different, the process proceeds to step S8. On the other hand, if it is not necessary to perform switching, that is, if both connection states are the same, the process proceeds to step S9 (step S7).
  • step S8 Switching for bypassing the battery selected in step S6 is performed (step S8).
  • step S9 discharge is performed (step S9). If the discharge is performed in advance, the discharge is temporarily stopped by the switching in step S8, but then the discharge is continued.
  • step S10 It is confirmed whether or not the discharge is continued, that is, whether or not the discharge request from the load LD to the ECU 20 is continued. If the discharge is continued, the process returns to step S2, and if the discharge is not continued, a series of control is performed. The process ends (step S10).
  • FIG. 4 shows a case where it is determined that there is no battery that needs to be bypassed with respect to the requested discharge current value. All the switches Sa 1 , Sa 2 , Sa 3 are turned on, and the switches Sb 1 , Sb 2 , Sb 3 , Sb 4 are all turned off, all the batteries B 1 , B 2 , B 3 are connected in series, and power is supplied to the load LD through the supply path indicated by C 1. become.
  • FIG. 5 shows a case where it is determined that only the battery B 1 needs to be bypassed with respect to the requested discharge current value.
  • the switch Sa 1 is turned off.
  • the switches Sb 1 and Sb 2 are turned on. Since the batteries B 2 and B 3 maintain the serial connection state, the switches Sa 2 and Sa 3 are turned on and the switches Sb 3 and Sb 4 are turned off. With such a connection state, the battery B 1 is bypassed, the batteries B 2 and B 3 are connected in series, and power is supplied to the load LD through the supply path indicated by C2.
  • FIG. 6 shows a case where it is determined that only the battery B 2 needs to be bypassed with respect to the requested discharge current value.
  • the switch Sa 2 is turned off.
  • the switches Sb 2 and Sb 3 are turned on. Since the batteries B 1 and B 3 maintain the serial connection state, the switches Sa 1 and Sa 3 are turned on and the switches Sb 1 and Sb 4 are turned off. With such a connection state, the battery B 2 is bypassed, the batteries B 1 and B 3 are connected in series, and power is supplied to the load LD through the supply path indicated by C 3.
  • FIG. 7 shows a case where it is determined that only the battery B 3 needs to be bypassed with respect to the requested discharge current value.
  • the switch Sa 3 is turned off.
  • the switches Sb 3 and Sb 4 are turned on. Since the batteries B 1 and B 2 maintain the serial connection state, the switches Sa 1 and Sa 2 are turned on, and the switches Sb 1 and Sb 2 are turned off. With such a connection state, the battery B 3 is bypassed, the batteries B 1 and B 2 are connected in series, and power is supplied to the load LD through the supply path indicated by C 4.
  • the first switch for connecting the battery in series is turned off, and the battery is sandwiched with the first switch.
  • the desired battery can be bypassed from the series connection by turning on the two second switches connected to the bypass line BL.
  • FIGS. 5 to 7 only one battery is bypassed, but when a plurality of batteries are to be bypassed, the plurality of batteries are bypassed by performing the switching shown in FIGS. 5 to 7 for the plurality of batteries. can do.
  • the switch Sa 1 for connecting the battery B 1 in series is turned off and the battery B 1 is interposed between the battery B 1 and the battery B 1.
  • Two switches Sb 1 and Sb 2 that are arranged so as to be sandwiched and connected to the bypass line BL are turned on, the switch Sa 2 for connecting the battery B 2 in series is turned on, and the battery B 3 is connected in series.
  • the switch Sa 3 for connecting to the battery B 1 is turned off, and the two switches Sb 3 and Sb 4 arranged so as to sandwich the battery B 3 and connected to the bypass line BL are turned on, whereby the battery B 1 it can be to bypass the battery B 3 connected in series.
  • a battery that cannot be discharged more than the required discharge current value is bypassed as a battery that avoids discharge.
  • the battery that cannot discharge more than the requested discharge current value is a battery that has a smaller battery capacity than other batteries, and has a small battery capacity from the beginning (in a new state). It also includes the case where the battery capacity is reduced due to deterioration.
  • the substantially dischargeable capacity can be increased.
  • the minimum voltage means a minimum voltage that allows discharge.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating a charging system for the battery device according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating control in the charging system for the battery device illustrated in FIG. (B) is a map used in the control shown in FIG. 11,
  • FIGS. 13 to 16 are diagrams showing some examples of switching by the control shown in FIG. 11, and
  • FIG. 17 is shown in FIG. It is a figure explaining the effect by other control.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing a modification of the battery system charging system shown in FIG.
  • the battery system charging system of this embodiment monitors a battery device 10 having a plurality of batteries B 1 , B 2 , and B 3 , and the batteries B 1 , B 2 , and B 3 , and controls switches described later.
  • ECU Electronics Control Unit
  • a regenerative system 30 that generates regenerative electric power is connected to the battery device 10, and the ECU 20 controls a switch, which will be described later, in accordance with the charging current value to charge the battery device 10.
  • the regeneration system 30 corresponds to a generator (or a drive motor / generator) or the like.
  • three batteries are illustrated, but an actual battery device has a large number of batteries.
  • switches Sa 1 , Sa 2 , Sa 3 are provided to connect the batteries B 1 , B 2 , B 3 in series, and each battery B 1 , Switches Sb 1 , Sb 2 , Sb 3 and Sb 4 (second switches) are provided to connect to the bypass line BL that bypasses B 2 and B 3 .
  • a switch Sb 1 connected to the bypass line BL is provided between the regenerative system 30 and the battery B 1, and a switch Sa connecting the batteries B 1 and B 2 in series.
  • a switch Sb 2 connected to the bypass line BL is provided between the battery 1 and the battery B 2, and the bypass line BL is connected between the switch Sa 2 and the battery B 3 connecting the batteries B 2 and B 3 in series.
  • a switch Sb 3 to be connected is provided, and a switch Sb 4 to be connected to the bypass line BL is provided between the switch Sa 3 for connecting the battery B 3 and the regenerative system 30 in series and the regenerative system 30. That is, the second switches are arranged so that one battery and one first switch are sandwiched therebetween.
  • connection structure of the switch Sa 1, Sa 2, Sa 3 and the switch Sb 1, Sb 2, Sb 3 , Sb 4 may be configured such as in a modification shown in FIG. 18.
  • a switch Sb 1 connected to the bypass line BL is provided between the regenerative system 30 and the switch Sa 1 connecting the regenerative system 30 and the battery B 1 in series, and the battery B 1 switch and between the switch Sa 2 for connecting the battery B 1 -B 2 in series, the provided switch Sb 2 to be connected to the bypass line BL, and connects the battery B 2 and the battery B 2 -B 3 in series
  • a switch Sb 3 connected to the bypass line BL is provided between Sa 3 and a switch Sb 4 connected to the bypass line BL is provided between the battery B 3 and the regeneration system 30.
  • the second switches are arranged so as to sandwich one battery and one first switch therebetween.
  • the ECU 20 measures the temperature and voltage of each of the batteries B 1 , B 2 , B 3 , and according to the measured temperature and voltage and the charging current value supplied from the regenerative system 30, FIG.
  • the switches Sa 1 , Sa 2 , Sa 3 and the switches Sb 1 , Sb 2 , Sb 3 , Sb 4 having the configuration shown in FIG. 18, all the batteries are connected in series (see FIG. 13 described later). ), Any one or a plurality of batteries among all the batteries can be bypassed, and the remaining batteries can be connected in series (FIGS. 14 to 16 to be described later).
  • FIGS. 12A and 12B are maps showing an allowable charging current value with respect to changes in temperature and SOC in a battery having a certain battery capacity
  • FIG. 12B shows each SOC shown in FIG. It is a map for interpolating the value between.
  • Regenerative power is input from the regeneration system 30 to the battery device 10 (step S11). Regenerative power is generated by operating a generator when the vehicle is braked. At this time, the current value of regenerative power, that is, the charging current value is detected in any of the battery device 10, the ECU 20, or the regenerative system 30.
  • each battery B 1 , B 2 , B 3 The temperature and voltage of each battery B 1 , B 2 , B 3 are measured (steps S12 to S13).
  • the battery capacities of the batteries B 1 , B 2 and B 3 are calculated (step S14).
  • the battery capacity of each battery B 1 , B 2 , B 3 is calculated, for example, from the change in voltage of each battery B 1 , B 2 , B 3 immediately before or after the most recent use. More specifically, the voltage of each battery B 1 , B 2 , B 3 before being used for traveling and the voltage of each battery B 1 , B 2 , B 3 after being used for traveling at the time of traveling immediately before or immediately before.
  • the battery capacity is calculated from the change from the voltage. In general, when a constant current is supplied for a certain period of time, it can be calculated that the larger the voltage change, the smaller the battery capacity.
  • the battery capacity of the battery may be calculated using other known methods.
  • the maps shown in FIGS. 12A and 12B are maps for a certain battery capacity, and the ECU 20 maps the maps shown in FIGS. 12A and 12B for each battery capacity (for example, the battery capacity). (Deterioration rate every 5%)
  • the input charging current value is 10 A
  • the temperatures of the batteries B 1 , B 2 and B 3 are both 25 ° C.
  • the SOCs of the batteries B 1 , B 2 and B 3 are 60%, 80% and 70%, respectively, any of the batteries B 1 , B 2 and B 3 is allowed to have a charging current value of 10A or more. Therefore, there is no battery that needs to be bypassed, and switching of the connection state shown in FIG. 13 is performed in step S18 as described later.
  • the input charging current value is 20 A
  • the temperatures of the batteries B 1 , B 2 , B 3 are all 25 ° C.
  • the SOCs of the batteries B 1 , B 2 , B 3 are 60%, 80%
  • 70% since only the battery B 2 is not allowed to have a charging current value of 20 A or more, it is necessary to bypass only the battery B 2.
  • step S18 the connection state shown in FIG. Switching is performed.
  • the current switching connection state is compared with the switching connection state for bypassing the battery selected in step S16, and it is determined whether switching is necessary. If it is necessary to perform switching, that is, if both connection states are different, the process proceeds to step S18. On the other hand, if it is not necessary to perform switching, that is, if both connection states are the same, the process proceeds to step S19 (step S17).
  • step S18 Switching for bypassing the battery selected in step S16 is performed (step S18).
  • step S18 After switching in step S18, the battery device 10 is substantially regenerated (charged) (step S19). If charging is in progress, charging is temporarily stopped by switching in step S18, but charging is continued thereafter.
  • step S20 It is confirmed whether or not the regeneration is continued, that is, whether or not the input of the charging power from the regeneration system 30 to the battery device 10 is continued. If the regeneration is continued, the process returns to step S12, and if the regeneration is not continued. Then, a series of control is terminated (step S20).
  • FIG. 13 shows a case where it is determined that there is no battery that needs to be bypassed with respect to the input charging current value. All the switches Sa 1 , Sa 2 , Sa 3 are turned on, and the switches Sb 1 , Sb 2 , Sb 3 , Sb 4 are all turned off so that all the batteries B 1 , B 2 , B 3 are connected in series, and all of the battery devices 10 are connected from the regenerative system 30 through the charging path indicated by C 1. The batteries B 1 , B 2 and B 3 are charged.
  • FIG. 14 shows a case where it is determined that only the battery B 1 needs to be bypassed with respect to the input charging current value.
  • the switch Sa 1 is turned off.
  • the switches Sb 1 and Sb 2 are turned on. Since the batteries B 2 and B 3 maintain the serial connection state, the switches Sa 2 and Sa 3 are turned on and the switches Sb 3 and Sb 4 are turned off.
  • Such connection status battery B 1 is being bypassed, the battery B 2, B 3 are connected in series, the charging path indicated by C2, charging from regeneration system 30 to the battery B 2, B 3 of the battery device 10 Will be.
  • FIG. 15 shows a case where it is determined that only the battery B 2 needs to be bypassed with respect to the input charging current value.
  • the switch Sa 2 is turned off.
  • the switches Sb 2 and Sb 3 are turned on. Since the batteries B 1 and B 3 maintain the serial connection state, the switches Sa 1 and Sa 3 are turned on and the switches Sb 1 and Sb 4 are turned off.
  • Such connection state the battery B 2 is bypassed, battery B 1, B 3 are connected in series, the charging path indicated by C3, charging from regeneration system 30 to the battery B 1, B 3 of the battery device 10 Will be.
  • FIG. 16 shows a case where it is determined that only the battery B 3 needs to be bypassed with respect to the input charging current value.
  • the switch Sa 3 is turned off.
  • the switches Sb 3 and Sb 4 are turned on. Since the batteries B 1 and B 2 maintain the serial connection state, the switches Sa 1 and Sa 2 are turned on, and the switches Sb 1 and Sb 2 are turned off.
  • Such connection state the battery B 3 is bypassed, the battery B 1, B 2 are connected in series, the charging path indicated by C4, charged from regeneration system 30 to the battery B 1, B 2 of the battery 10 Will be.
  • the first switch for connecting the battery in series is turned off, and the battery is sandwiched between the first switch and the battery.
  • the desired battery can be bypassed from the series connection by turning on the two second switches connected to the bypass line BL.
  • FIGS. 14 to 16 only one battery is bypassed.
  • the plurality of batteries are bypassed by performing the switching shown in FIGS. 14 to 16 for the plurality of batteries. can do.
  • the switch Sa 1 for connecting the battery B 1 in series is turned off and the battery B 1 is interposed between the battery B 1 and the battery B 1.
  • Two switches Sb 1 and Sb 2 that are arranged so as to be sandwiched and connected to the bypass line BL are turned on, the switch Sa 2 for connecting the battery B 2 in series is turned on, and the battery B 3 is connected in series.
  • the switch Sa 3 for connecting to the battery B 1 is turned off, and the two switches Sb 3 and Sb 4 arranged so as to sandwich the battery B 3 and connected to the bypass line BL are turned on, whereby the battery B 1 it can be to bypass the battery B 3 connected in series.
  • a battery that cannot be charged beyond the input charging current value is bypassed as a battery that avoids charging.
  • the battery that cannot be charged more than the input charging current value is a battery that has a smaller battery capacity than other batteries, and has a small battery capacity from the beginning (in a new state). It also includes the case where the battery capacity is reduced due to deterioration.
  • a battery with a small battery capacity is bypassed according to the input charging current value, and only a battery with a large battery capacity is used.
  • charging is performed without distinction of battery capacity, and when a battery with a small battery capacity is fully charged, the regeneration itself is limited.
  • the battery with a small battery capacity is bypassed and charged to a battery with a large battery capacity, so the voltage increases. As shown in the graph of FIG. 17, the capacity that can be substantially charged can be increased.
  • the discharge system and the charging system of the battery device according to the present invention are suitable for a driving battery device mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, but are not limited to the electric vehicle and are driven by the battery device. It can also be applied to equipment.

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Abstract

電池容量が小さいバッテリが一部にあっても、ＳＯＣが減りにくく、電力を無駄に捨てることがないバッテリ装置の充放電システムを提供する。バッテリ（Ｂ1～Ｂ3）を有するバッテリ装置（１０）の充放電を制御するバッテリ装置の充放電システムであって、バッテリ（Ｂ1～Ｂ3）を直列に接続するスイッチ（Ｓａ1～Ｓａ3）と、バッテリ（Ｂ1～Ｂ3）をバイパス線（ＢＬ）に接続するスイッチ（Ｓｂ1～Ｓｂ3）と、バッテリ（Ｂ1～Ｂ3）の状態を検出し、検出した状態に応じて、スイッチ（Ｓａ1～Ｓａ3、Ｓｂ1～Ｓｂ3）を制御するＥＣＵ（２０）とを備え、ＥＣＵ（２０）は、検出したバッテリ（Ｂ1～Ｂ3）の状態に基づき、充放電を避けるバッテリを選定し、当該バッテリに対するスイッチ（Ｓａ1～Ｓａ3）をオフとし、スイッチ（Ｓｂ1～Ｓｂ3）をオンとして、当該バッテリをバイパスして、他のバッテリから充放電する。

Description

バッテリ装置の充放電システム
　本発明は、バッテリ装置の充放電システム（放電システム及び充電システム）に関する。
　モータのみで走行する電気自動車（ＥＶ）やモータ及びエンジンで走行するハイブリッド車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）等の電動車両には、蓄電池（二次電池；以降、バッテリと呼ぶ。）を複数直列に接続した駆動用のバッテリ装置が搭載されている。このような構成により、バッテリ装置に蓄えた電力から所望の電圧を得るようにしている。又、バッテリ装置においては、充電状態を監視しており、バッテリの保護のため、満充電状態において回生を行わないように、制限をかけている。
特開２００９－０５５６９０号公報 特開２００９－０５５６８７号公報 特許第３７６７４３９号公報 特許第３４０９４５８号公報
　バッテリ装置のバッテリは、経年変化（充放電サイクルの繰り返し等）により劣化していき、その電池容量が減少していくが、各々のバッテリの温度等の違いにより、電池容量減少の度合いは異なり、一様ではない。
　そして、劣化の大きい、つまり、電池容量が小さくなったバッテリは、放電時に電圧が下がりやすい性質がある。そのため、バッテリ装置内に他より劣化の大きいバッテリが一部でもあると、ＳＯＣ（State of Charge；充電率）を判定する電圧の残量が減りやすくなり、車両の航続距離（外部からの電気や燃料の補給無しに走行する距離）が短くなってしまう。
　又、バッテリ装置においては、各バッテリ間で電圧差が生じないようにすることが望ましい。しかしながら、劣化により、バッテリ装置内の各々のバッテリの電池容量が異なる状態となった場合には、満充電時にバッテリ同士の電圧のバランスが取れなくなってしまう。電圧のバランスを取ろうとすると、電力を使う必要がなくても、電圧が高いバッテリからの放電が必要となり、電力を無駄に捨てることになる。これは、電池容量の異なる新品の（劣化していない）バッテリを複数使用するバッテリ装置でも起こることである。
　加えて、劣化の大きい、つまり、電池容量が小さくなったバッテリは、充電時に電圧が上がりやすい性質がある。そのため、バッテリ装置内に他より劣化の大きいバッテリが一部でもあると、他のバッテリが満充電状態でなくても、劣化の大きいバッテリが満充電状態となり、回生の制限がかかってしまい、その結果、車両の航続距離（外部からの電気や燃料の補給無しに走行する距離）が短くなってしまう。又、満充電状態となると、回生の制限がかかるため、ブレーキを踏んだときの回生量が一定ではなかった。
　本発明は上記課題に鑑みなされたもので、電池容量が小さいバッテリが一部にあっても、ＳＯＣが減りにくく、電力を無駄に捨てることがないバッテリ装置の充放電システムを提供することを目的とする。
　又、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、電池容量が小さいバッテリが満充電状態であっても、充電を可能とし、回生量を一定にすることができるバッテリ装置の充放電システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決する第１の発明に係るバッテリ装置の充放電システムは、
　複数のバッテリを直列に接続したバッテリ装置において、当該バッテリ装置の充電又は放電を制御するバッテリ装置の充放電システムであって、
　各バッテリ同士を直列に接続する第１のスイッチと、
　各バッテリをバイパスするバイパス線に接続する第２のスイッチと、
　各バッテリの状態を検出し、検出した状態に応じて、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御する制御手段とを備え、
　前記制御手段は、検出した各バッテリの状態に基づき、充放電を避けるバッテリを選定し、当該バッテリに対する前記第１のスイッチをオフとし、当該バッテリに対する前記第２のスイッチをオンとすることにより、当該バッテリをバイパスして、他のバッテリを充放電することを特徴とする。
　上記課題を解決する第２の発明に係るバッテリ装置の充放電システムは、
　上記第１の発明に記載のバッテリ装置の充放電システムにおいて、
　各バッテリのいずれか一方の極側に前記第１のスイッチを設けると共に、
　１つの前記バッテリと１つの前記第１のスイッチを間に挟むように、前記第２のスイッチを各々配置して、前記バイパス線と接続したことを特徴とする。
　上記課題を解決する第３の発明に係るバッテリ装置の充放電システムは、
　上記第１又は第２の発明に記載のバッテリ装置の充放電システムにおいて、
　前記制御手段は、
　各バッテリの温度及び充電率に基づき、要求される充放電電流値を充放電できないバッテリを、充放電を避けるバッテリとして選定することを特徴とする。
　上記課題を解決する第４の発明に係るバッテリ装置の充放電システムは、
　上記第３の発明に記載のバッテリ装置の充放電システムにおいて、
　前記制御手段は、
　各バッテリの温度及び充電率に基づいたマップから各バッテリの電池容量を算出し、要求される充放電電流値を充放電できないバッテリを、充放電を避けるバッテリとして選定することを特徴とする。
　上記課題を解決する第５の発明に係るバッテリ装置の充放電システムは、
　上記第１から第４の発明のいずれかに記載のバッテリ装置の充放電システムにおいて、
　前記制御手段は、
　各バッテリの温度及び電圧を検出すると共に、使用時における各バッテリの電圧の変化を検出し、検出した各バッテリの電圧に基づき、各バッテリの充電率を算出すると共に、使用時における各バッテリの電圧の変化に基づき、各バッテリの電池容量を算出し、前記温度、前記充電率及び前記電池容量の条件下において、要求される充放電電流値を充放電できないバッテリを、充放電を避けるバッテリとして選定することを特徴とする。
　本発明によれば、当初から電池容量が小さい、又は、劣化により電池容量が小さくなったバッテリが一部にあっても、放電を避けるバッテリとして選定し、当該バッテリをバイパスして、他のバッテリから放電を行うので、充電率が減りにくくなり、又、電力を無駄に捨てることが無くなる。
　又、本発明によれば、当初から電池容量が小さい、又は、劣化により電池容量が小さくなったバッテリが満充電状態であっても、充電を避けるバッテリとして選定し、当該バッテリをバイパスするので、他のバッテリへの充電を可能とし、又、回生量を一定にすることができる。
本発明に係るバッテリ装置の放電システムを示す概略構成図である。 図１に示したバッテリ装置の放電システムにおける制御を説明するフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、図２に示した制御で用いるマップである。 図２に示した制御によるスイッチング（全直列）を示す図である。 図２に示した制御によるスイッチング（Ｂ1バイパス）を示す図である。 図２に示した制御によるスイッチング（Ｂ2バイパス）を示す図である。 図２に示した制御によるスイッチング（Ｂ3バイパス）を示す図である。 図２に示した制御による効果を説明する図である。 図１に示したバッテリ装置の放電システムの変形例を示す概略構成図である。 本発明に係るバッテリ装置の充電システムを示す概略構成図である。 図１０に示したバッテリ装置の充電システムにおける制御を説明するフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、図１１に示した制御で用いるマップである。 図１１に示した制御によるスイッチング（全直列）を示す図である。 図１１に示した制御によるスイッチング（Ｂ1バイパス）を示す図である。 図１１に示した制御によるスイッチング（Ｂ2バイパス）を示す図である。 図１１に示した制御によるスイッチング（Ｂ3バイパス）を示す図である。 図１１に示した制御による効果を説明する図である。 図１０に示したバッテリ装置の充電システムの変形例を示す概略構成図である。
　以下、図１～図１８を参照して、本発明に係るバッテリ装置の充放電システムの実施形態を説明する。具体的には、図１～図９を参照して、本発明に係るバッテリ装置の放電システムの実施形態を説明する。又、図１０～図１８を参照して、本発明に係るバッテリ装置の充電システムの実施形態を説明する。なお、本発明に係るバッテリ装置の放電システム及び充電システムは、電気自動車に限らず、ハイブリッド車等の電動車両にも適用可能である。
　図１は、本実施例のバッテリ装置の放電システムを示す概略構成図であり、図２は、図１に示したバッテリ装置の放電システムにおける制御を説明するフローチャートであり、図３（ａ）、（ｂ）は、図２に示した制御で用いるマップであり、図４～図７は、図２に示した制御によるスイッチング例のいくつかを示す図であり、図８は、図２に示した制御による効果を説明する図である。又、図９は、図１に示したバッテリ装置の放電システムの変形例を示す概略構成図である。
　本実施例のバッテリ装置の放電システムは、複数のバッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3を有するバッテリ装置１０と、各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の監視を行うと共に、後述するスイッチの制御を行うＥＣＵ（Electronics Control Unit）２０とを有している。バッテリ装置１０には、放電対象（電力供給対象）となる負荷ＬＤが接続されており、ＥＣＵ２０は、放電電流値に応じて、後述するスイッチの制御を行い、負荷ＬＤへ電力を供給する。負荷ＬＤは、電気自動車の場合には駆動用モータ等が該当する。なお、ここでは、説明を簡単にするため、バッテリを３つ図示しているが、実際のバッテリ装置は、多数のバッテリを有している。
　バッテリ装置１０においては、各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3を直列に接続するため、スイッチＳａ1、Ｓａ2、Ｓａ3（第１のスイッチ）を設けており、更に、各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3をバイパスするバイパス線ＢＬに接続するため、スイッチＳｂ1、Ｓｂ2、Ｓｂ3、Ｓｂ4（第２のスイッチ）を設けている。
　具体的には、図１に示すように、負荷ＬＤとバッテリＢ1との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ1を設け、バッテリＢ1－Ｂ2間を直列に接続するスイッチＳａ1とバッテリＢ2との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ2を設け、バッテリＢ2－Ｂ3間を直列に接続するスイッチＳａ2とバッテリＢ3との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ3を設け、バッテリＢ3－負荷ＬＤ間を直列に接続するスイッチＳａ3と負荷ＬＤとの間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ4を設けている。つまり、１つのバッテリと１つの第１のスイッチを間に挟むように、第２のスイッチを各々配置している。
　なお、スイッチＳａ1、Ｓａ2、Ｓａ3及びスイッチＳｂ1、Ｓｂ2、Ｓｂ3、Ｓｂ4の接続構成については、図９に示す変形例のような構成でもよい。具体的には、図９においては、負荷ＬＤと負荷ＬＤ－バッテリＢ1間を直列に接続するスイッチＳａ1との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ1を設け、バッテリＢ1とバッテリＢ1－Ｂ2間を直列に接続するスイッチＳａ2との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ2を設け、バッテリＢ2とバッテリＢ2－Ｂ3間を直列に接続するスイッチＳａ3との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ3を設け、バッテリＢ3と負荷ＬＤとの間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ4を設けている。ここでも、１つのバッテリと１つの第１のスイッチを間に挟むように、第２のスイッチを各々配置している。
　そして、ＥＣＵ２０は、各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度及び電圧を測定しており、測定した温度及び電圧、そして、負荷ＬＤから要求された放電電流値に応じて、図１、図９に示す構成のスイッチＳａ1、Ｓａ2、Ｓａ3及びスイッチＳｂ1、Ｓｂ2、Ｓｂ3、Ｓｂ4のスイッチングを行うことにより、全てのバッテリを直列に接続したり（後述の図４参照）、全てのバッテリの中から任意の１つ又は複数のバッテリをバイパスし、残りのバッテリを直列に接続したり（後述の図５～図７）することができる。
　次に、図２のフローチャート、図３（ａ）、（ｂ）のマップ、図４～図７のスイッチング例を参照して、本実施例のバッテリ装置の放電システムにおける制御を説明する。なお、図３（ａ）は、ある電池容量のバッテリにおいて、温度及びＳＯＣの変化に対する許容放電電流値を示すマップであり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された各ＳＯＣの間の値を補間するためのマップである。
　負荷ＬＤからＥＣＵ２０へ放電要求、例えば、放電電流値２０Ａの放電要求が入力される（ステップＳ１）。この放電要求は、放電を行っていないとき（例えば、充電や回生のとき）の放電要求に限らず、放電を行っているときの放電要求、つまり、放電電流値の変更の要求であってもよい。
　各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度及び電圧を測定する（ステップＳ２～Ｓ３）。
　各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電池容量を算出する（ステップＳ４）。各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電池容量の算出は、例えば、直前又は直近の使用前後における各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電圧の変化から電池容量を算出する。より具体的には、直前又は直近の走行時において、走行に使用する前の各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電圧と走行に使用した後の各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電圧との変化から電池容量を算出する。一般的に、一定の電流を一定時間供給したときに電圧変化が大きいほど電池容量が小さいと算出することができる。なお、バッテリの電池容量の算出は、他の公知の方法を用いてもよい。
　取得した各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電圧から各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3のＳＯＣを算出する（ステップＳ５）。
　要求された放電電流値、取得した各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度及び算出した各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電池容量、ＳＯＣを用い、算出した電池容量に対応するマップ、即ち、図３（ａ）、（ｂ）に示すマップを選択し、当該マップに基づいて、スイッチングが必要なバッテリ、つまり、バイパスするバッテリを判定する（ステップＳ６）。図３（ａ）、（ｂ）に示すマップは、ある電池容量におけるマップであり、ＥＣＵ２０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すようなマップを、電池容量毎（例えば、電池容量の劣化率５％毎）に持っている。
　図３（ａ）、（ｂ）に示す、ある電池容量におけるマップにおいて、例えば、要求された放電電流値が１０Ａであり、バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度が共に２５℃であり、バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3のＳＯＣが各々４０％、３０％、５０％である場合には、いずれのバッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3も１０Ａ以上の放電電流値の放電が可能であるため、バイパスする必要があるバッテリはなく、後述するように、ステップＳ８において、図４に示す接続状態のスイッチングが行われる。
　又、要求された放電電流値が２０Ａであり、バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度が共に２５℃であり、バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3のＳＯＣが各々４０％、３０％、５０％である場合には、バッテリＢ2のみ２０Ａ以上の放電電流値の放電が不可能となるため、バッテリＢ2のみバイパスする必要があり、後述するように、ステップＳ８において、図６に示す接続状態のスイッチングが行われる。
　現在のスイッチングの接続状態とステップＳ６で選定されたバッテリをバイパスするためのスイッチングの接続状態とを比較し、スイッチングを行う必要があるか判定する。スイッチングを行う必要があれば、つまり、両接続状態が異なっていれば、ステップＳ８へ進む。一方、スイッチングを行う必要がなければ、つまり、両接続状態が同じであれば、ステップＳ９へ進む（ステップＳ７）。
　ステップＳ６で選定されたバッテリをバイパスするためのスイッチングを行う（ステップＳ８）。
　ステップＳ８でスイッチングを行った後、放電を行う（ステップＳ９）。事前に放電を行っている場合には、ステップＳ８でのスイッチングにより、一時的に放電が停止するが、その後、引き続き放電を行うことになる。
　放電を継続するかどうか、つまり、負荷ＬＤからＥＣＵ２０への放電要求が継続しているかどうか確認し、放電を継続する場合にはステップＳ２へ戻り、放電を継続しない場合には、一連の制御を終了する（ステップＳ１０）。
　ここで、ステップＳ８でのスイッチングのいくつかの例を、図４～図７を参照して、説明する。
　図４は、要求された放電電流値に対して、バイパスする必要があるバッテリはないと判定された場合であり、スイッチＳａ1、Ｓａ2、Ｓａ3を全てオン状態とし、スイッチＳｂ1、Ｓｂ2、Ｓｂ3、Ｓｂ4を全てオフ状態とすることにより、全てのバッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3が直列に接続されて、Ｃ１で示す供給経路により、負荷ＬＤへ電力が供給されることになる。
　又、図５は、要求された放電電流値に対して、バッテリＢ1のみバイパスする必要があると判定された場合であり、バッテリＢ1のみをバイパスするために、スイッチＳａ1をオフ状態とする一方、スイッチＳｂ1、Ｓｂ2をオン状態としている。バッテリＢ2、Ｂ3は直列接続状態を維持するので、スイッチＳａ2、Ｓａ3をオン状態とし、スイッチＳｂ3、Ｓｂ4をオフ状態としている。このような接続状態により、バッテリＢ1がバイパスされ、バッテリＢ2、Ｂ3が直列に接続されて、Ｃ２で示す供給経路により、負荷ＬＤへ電力が供給されることになる。
　又、図６は、要求された放電電流値に対して、バッテリＢ2のみバイパスする必要があると判定された場合であり、バッテリＢ2のみをバイパスするために、スイッチＳａ2をオフ状態とする一方、スイッチＳｂ2、Ｓｂ3をオン状態としている。バッテリＢ1、Ｂ3は直列接続状態を維持するので、スイッチＳａ1、Ｓａ3をオン状態とし、スイッチＳｂ1、Ｓｂ4をオフ状態としている。このような接続状態により、バッテリＢ2がバイパスされ、バッテリＢ1、Ｂ3が直列に接続されて、Ｃ３で示す供給経路により、負荷ＬＤへ電力が供給されることになる。
　又、図７は、要求された放電電流値に対して、バッテリＢ3のみバイパスする必要があると判定された場合であり、バッテリＢ3のみをバイパスするために、スイッチＳａ3をオフ状態とする一方、スイッチＳｂ3、Ｓｂ4をオン状態としている。バッテリＢ1、Ｂ2は直列接続状態を維持するので、スイッチＳａ1、Ｓａ2をオン状態とし、スイッチＳｂ1、Ｓｂ2をオフ状態としている。このような接続状態により、バッテリＢ3がバイパスされ、バッテリＢ1、Ｂ2が直列に接続されて、Ｃ４で示す供給経路により、負荷ＬＤへ電力が供給されることになる。
　図５～図７に示したように、バッテリの周囲に配置したスイッチにおいて、当該バッテリを直列に接続するための第１のスイッチをオフ状態とし、第１のスイッチと共に当該バッテリを間に挟むように配置してバイパス線ＢＬと接続した２つの第２のスイッチをオン状態とすることにより、所望のバッテリを直列接続からバイパスすることができる。
　図５～図７では、１つのバッテリのみをバイパスしたが、複数のバッテリをバイパスしたい場合、図５～図７に示したスイッチングを、複数のバッテリに対して行うことで、複数のバッテリをバイパスすることができる。例えば、バッテリＢ1とバッテリＢ3をバイパスしたい場合、図５、図７を参照して説明すると、バッテリＢ1を直列に接続するためのスイッチＳａ1をオフ状態とし、バッテリＢ1を間に挟むように配置してバイパス線ＢＬと接続した２つのスイッチＳｂ1、Ｓｂ2をオン状態とし、バッテリＢ2を直列に接続するためのスイッチＳａ2はオン状態とし、更に、バッテリＢ3を直列に接続するためのスイッチＳａ3をオフ状態とし、バッテリＢ3を間に挟むように配置してバイパス線ＢＬと接続した２つのスイッチＳｂ3、Ｓｂ4をオン状態とすることで、バッテリＢ1とバッテリＢ3を直列接続からバイパスすることができる。
　上述したように、本実施例では、要求された放電電流値以上の放電が不可能なバッテリを、放電を避けるバッテリとしてバイパスするようにしている。ここで、要求された放電電流値以上の放電が不可能なバッテリとは、他のバッテリと比較して電池容量が小さいバッテリのことであり、当初から（新品の状態において）電池容量が小さい場合や劣化により電池容量が小さくなってしまった場合も含まれる。
　即ち、本実施例では、要求された放電電流値に応じて、電池容量の小さいバッテリをバイパスし、電池容量の大きいバッテリのみを使用するようにしている。従って、放電時には、電池容量の大きいバッテリのみから放電することになり、劣化している電池容量の小さいバッテリからも放電している従来例と比較して、電圧、つまり、ＳＯＣが減少しにくくなり、図８のグラフに示すように、実質的に放電可能な容量を増やすことができる。なお、図８において、最低電圧とは、放電を許容する最低限の電圧を意味する。
　又、電池容量の大きいバッテリ及び電池容量の小さいバッテリが共に満充電状態であっても、放電時には、電池容量の大きいバッテリのみから放電することになるので、電力を無駄に捨てることなく、電池容量の大きいバッテリと電池容量の小さいバッテリのバランスを取って、互いの電圧差を小さくすることができる。
　図１０は、本実施例のバッテリ装置の充電システムを示す概略構成図であり、図１１は、図１０に示したバッテリ装置の充電システムにおける制御を説明するフローチャートであり、図１２（ａ）、（ｂ）は、図１１に示した制御で用いるマップであり、図１３～図１６は、図１１に示した制御によるスイッチング例のいくつかを示す図であり、図１７は、図１１に示した制御による効果を説明する図である。又、図１８は、図１０に示したバッテリ装置の充電システムの変形例を示す概略構成図である。
　本実施例のバッテリ装置の充電システムは、複数のバッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3を有するバッテリ装置１０と、各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の監視を行うと共に、後述するスイッチの制御を行うＥＣＵ（Electronics Control Unit）２０とを有している。バッテリ装置１０には、回生電力を生成する回生システム３０が接続されており、ＥＣＵ２０は、充電電流値に応じて、後述するスイッチの制御を行い、バッテリ装置１０に対する充電を行うようにしている。回生システム３０は、電気自動車の場合には発電機（又は駆動用モータ兼発電機）等が該当する。なお、ここでは、説明を簡単にするため、バッテリを３つ図示しているが、実際のバッテリ装置は、多数のバッテリを有している。
　バッテリ装置１０においては、各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3を直列に接続するため、スイッチＳａ1、Ｓａ2、Ｓａ3（第１のスイッチ）を設けており、更に、各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3をバイパスするバイパス線ＢＬに接続するため、スイッチＳｂ1、Ｓｂ2、Ｓｂ3、Ｓｂ4（第２のスイッチ）を設けている。
　具体的には、図１０に示すように、回生システム３０とバッテリＢ1との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ1を設け、バッテリＢ1－Ｂ2間を直列に接続するスイッチＳａ1とバッテリＢ2との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ2を設け、バッテリＢ2－Ｂ3間を直列に接続するスイッチＳａ2とバッテリＢ3との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ3を設け、バッテリＢ3－回生システム３０間を直列に接続するスイッチＳａ3と回生システム３０との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ4を設けている。つまり、１つのバッテリと１つの第１のスイッチを間に挟むように、第２のスイッチを各々配置している。
　なお、スイッチＳａ1、Ｓａ2、Ｓａ3及びスイッチＳｂ1、Ｓｂ2、Ｓｂ3、Ｓｂ4の接続構成については、図１８に示す変形例のような構成でもよい。具体的には、図１８においては、回生システム３０と回生システム３０－バッテリＢ1間を直列に接続するスイッチＳａ1との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ1を設け、バッテリＢ1とバッテリＢ1－Ｂ2間を直列に接続するスイッチＳａ2との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ2を設け、バッテリＢ2とバッテリＢ2－Ｂ3間を直列に接続するスイッチＳａ3との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ3を設け、バッテリＢ3と回生システム３０との間に、バイパス線ＢＬに接続するスイッチＳｂ4を設けている。ここでも、１つのバッテリと１つの第１のスイッチを間に挟むように、第２のスイッチを各々配置している。
　そして、ＥＣＵ２０は、各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度及び電圧を測定しており、測定した温度及び電圧、そして、回生システム３０から供給される充電電流値に応じて、図１０、図１８に示す構成のスイッチＳａ1、Ｓａ2、Ｓａ3及びスイッチＳｂ1、Ｓｂ2、Ｓｂ3、Ｓｂ4のスイッチングを行うことにより、全てのバッテリを直列に接続したり（後述の図１３参照）、全てのバッテリの中から任意の１つ又は複数のバッテリをバイパスし、残りのバッテリを直列に接続したり（後述の図１４～図１６）することができる。
　次に、図１１のフローチャート、図１２（ａ）、（ｂ）のマップ、図１３～図１６のスイッチング例を参照して、本実施例のバッテリ装置の充電システムにおける制御を説明する。なお、図１２（ａ）は、ある電池容量のバッテリにおいて、温度及びＳＯＣの変化に対する許容充電電流値を示すマップであり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示された各ＳＯＣの間の値を補間するためのマップである。
　回生システム３０からバッテリ装置１０へ回生電力が入力される（ステップＳ１１）。回生電力は、車両の制動時に発電機を作動させて生成している。このとき、バッテリ装置１０、ＥＣＵ２０又は回生システム３０のいずれかにおいて、回生電力の電流値、即ち、充電電流値を検出するようにしている。
　各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度及び電圧を測定する（ステップＳ１２～Ｓ１３）。
　各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電池容量を算出する（ステップＳ１４）。各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電池容量の算出は、例えば、直前又は直近の使用前後における各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電圧の変化から電池容量を算出する。より具体的には、直前又は直近の走行時において、走行に使用する前の各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電圧と走行に使用した後の各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電圧との変化から電池容量を算出する。一般的に、一定の電流を一定時間供給したときに電圧変化が大きいほど電池容量が小さいと算出することができる。なお、バッテリの電池容量の算出は、他の公知の方法を用いてもよい。
　取得した各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電圧から各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3のＳＯＣを算出する（ステップＳ１５）。
　入力される充電電流値、取得した各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度及び算出した各バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の電池容量、ＳＯＣを用い、算出した電池容量に対応するマップ、即ち、図１２（ａ）、（ｂ）に示すマップを選択し、当該マップに基づいて、スイッチングが必要なバッテリ、つまり、バイパスするバッテリを判定する（ステップＳ１６）。図１２（ａ）、（ｂ）に示すマップは、ある電池容量におけるマップであり、ＥＣＵ２０は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すようなマップを、電池容量毎（例えば、電池容量の劣化率５％毎）に持っている。
　図１２（ａ）、（ｂ）に示す、ある電池容量におけるマップにおいて、例えば、入力される充電電流値が１０Ａであり、バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度が共に２５℃であり、バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3のＳＯＣが各々６０％、８０％、７０％である場合には、いずれのバッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3も１０Ａ以上の充電電流値が許容されているため、バイパスする必要があるバッテリはなく、後述するように、ステップＳ１８において、図１３に示す接続状態のスイッチングが行われる。
　又、入力される充電電流値が２０Ａであり、バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3の温度が共に２５℃であり、バッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3のＳＯＣが各々６０％、８０％、７０％である場合には、バッテリＢ2のみ２０Ａ以上の充電電流値が許容されていないため、バッテリＢ2のみバイパスする必要があり、後述するように、ステップＳ１８において、図１５に示す接続状態のスイッチングが行われる。
　現在のスイッチングの接続状態とステップＳ１６で選定されたバッテリをバイパスするためのスイッチングの接続状態とを比較し、スイッチングを行う必要があるか判定する。スイッチングを行う必要があれば、つまり、両接続状態が異なっていれば、ステップＳ１８へ進む。一方、スイッチングを行う必要がなければ、つまり、両接続状態が同じであれば、ステップＳ１９へ進む（ステップＳ１７）。
　ステップＳ１６で選定されたバッテリをバイパスするためのスイッチングを行う（ステップＳ１８）。
　ステップＳ１８でスイッチングを行った後、実質的にバッテリ装置１０への回生（充電）が実施されることになる（ステップＳ１９）。又、充電中である場合には、ステップＳ１８でのスイッチングにより、一時的に充電が停止するが、その後、引き続き充電を行うことになる。
　回生を継続するかどうか、つまり、回生システム３０からバッテリ装置１０への充電電力の入力が継続しているかどうか確認し、回生を継続する場合にはステップＳ１２へ戻り、回生を継続しない場合には、一連の制御を終了する（ステップＳ２０）。
　ここで、ステップＳ１８でのスイッチングのいくつかの例を、図１３～図１６を参照して、説明する。
　図１３は、入力される充電電流値に対して、バイパスする必要があるバッテリはないと判定された場合であり、スイッチＳａ1、Ｓａ2、Ｓａ3を全てオン状態とし、スイッチＳｂ1、Ｓｂ2、Ｓｂ3、Ｓｂ4を全てオフ状態とすることにより、全てのバッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3が直列に接続されて、Ｃ１で示す充電経路により、回生システム３０からバッテリ装置１０の全てのバッテリＢ1、Ｂ2、Ｂ3へ充電されることになる。
　又、図１４は、入力される充電電流値に対して、バッテリＢ1のみバイパスする必要があると判定された場合であり、バッテリＢ1のみをバイパスするために、スイッチＳａ1をオフ状態とする一方、スイッチＳｂ1、Ｓｂ2をオン状態としている。バッテリＢ2、Ｂ3は直列接続状態を維持するので、スイッチＳａ2、Ｓａ3をオン状態とし、スイッチＳｂ3、Ｓｂ4をオフ状態としている。このような接続状態により、バッテリＢ1がバイパスされ、バッテリＢ2、Ｂ3が直列に接続されて、Ｃ２で示す充電経路により、回生システム３０からバッテリ装置１０のバッテリＢ2、Ｂ3へ充電されることになる。
　又、図１５は、入力される充電電流値に対して、バッテリＢ2のみバイパスする必要があると判定された場合であり、バッテリＢ2のみをバイパスするために、スイッチＳａ2をオフ状態とする一方、スイッチＳｂ2、Ｓｂ3をオン状態としている。バッテリＢ1、Ｂ3は直列接続状態を維持するので、スイッチＳａ1、Ｓａ3をオン状態とし、スイッチＳｂ1、Ｓｂ4をオフ状態としている。このような接続状態により、バッテリＢ2がバイパスされ、バッテリＢ1、Ｂ3が直列に接続されて、Ｃ３で示す充電経路により、回生システム３０からバッテリ装置１０のバッテリＢ1、Ｂ3へ充電されることになる。
　又、図１６は、入力される充電電流値に対して、バッテリＢ3のみバイパスする必要があると判定された場合であり、バッテリＢ3のみをバイパスするために、スイッチＳａ3をオフ状態とする一方、スイッチＳｂ3、Ｓｂ4をオン状態としている。バッテリＢ1、Ｂ2は直列接続状態を維持するので、スイッチＳａ1、Ｓａ2をオン状態とし、スイッチＳｂ1、Ｓｂ2をオフ状態としている。このような接続状態により、バッテリＢ3がバイパスされ、バッテリＢ1、Ｂ2が直列に接続されて、Ｃ４で示す充電経路により、回生システム３０からバッテリ装置１０のバッテリＢ1、Ｂ2へ充電されることになる。
　図１４～図１６に示したように、バッテリの周囲に配置したスイッチにおいて、当該バッテリを直列に接続するための第１のスイッチをオフ状態とし、第１のスイッチと共に当該バッテリを間に挟むように配置してバイパス線ＢＬと接続した２つの第２のスイッチをオン状態とすることにより、所望のバッテリを直列接続からバイパスすることができる。
　図１４～図１６では、１つのバッテリのみをバイパスしたが、複数のバッテリをバイパスしたい場合、図１４～図１６に示したスイッチングを、複数のバッテリに対して行うことで、複数のバッテリをバイパスすることができる。例えば、バッテリＢ1とバッテリＢ3をバイパスしたい場合、図１４、図１６を参照して説明すると、バッテリＢ1を直列に接続するためのスイッチＳａ1をオフ状態とし、バッテリＢ1を間に挟むように配置してバイパス線ＢＬと接続した２つのスイッチＳｂ1、Ｓｂ2をオン状態とし、バッテリＢ2を直列に接続するためのスイッチＳａ2はオン状態とし、更に、バッテリＢ3を直列に接続するためのスイッチＳａ3をオフ状態とし、バッテリＢ3を間に挟むように配置してバイパス線ＢＬと接続した２つのスイッチＳｂ3、Ｓｂ4をオン状態とすることで、バッテリＢ1とバッテリＢ3を直列接続からバイパスすることができる。
　上述したように、本実施例では、入力される充電電流値以上の充電が不可能なバッテリを、充電を避けるバッテリとしてバイパスするようにしている。ここで、入力される充電電流値以上の充電が不可能なバッテリとは、他のバッテリと比較して電池容量が小さいバッテリのことであり、当初から（新品の状態において）電池容量が小さい場合や劣化により電池容量が小さくなってしまった場合も含まれる。
　即ち、本実施例では、入力される充電電流値に応じて、電池容量の小さいバッテリをバイパスし、電池容量の大きいバッテリのみを使用するようにしている。従来は、電池容量の区別無く充電しており、電池容量の小さいバッテリが満充電状態になると回生自体の制限をかけていた。このような従来例と比較して、本実施例では、電池容量の小さいバッテリが満充電状態になると、電池容量の小さいバッテリをバイパスし、電池容量の大きいバッテリへ充電するので、電圧が増加しにくくなり、図１７のグラフに示すように、実質的に充電可能な容量を増やすことができる。
　又、電池容量の小さいバッテリが満充電状態になっても、その場合には、電池容量の小さいバッテリをバイパスし、電池容量の大きいバッテリへ充電しているので、回生自体を制限する必要は無くなり、その結果、回生量を一定にすることができる。
　本発明に係るバッテリ装置の放電システム及び充電システムは、電気自動車やハイブリッド車等の電動車両に搭載された駆動用バッテリ装置に好適なものであるが、電動車両に限らず、バッテリ装置で駆動する機器等にも適用可能である。
　１０　バッテリ装置
　２０　ＥＣＵ（制御手段）
　Ｂ1～Ｂ3　バッテリ
　ＢＬ　バイパス線
　ＬＤ　負荷
　Ｓａ1～Ｓａ3　スイッチ（第１のスイッチ）
　Ｓｂ1～Ｓｂ3　スイッチ（第２のスイッチ）

Claims (5)

  1. 　複数のバッテリを直列に接続したバッテリ装置において、当該バッテリ装置の充電又は放電を制御するバッテリ装置の充放電システムであって、
    　各バッテリ同士を直列に接続する第１のスイッチと、
    　各バッテリをバイパスするバイパス線に接続する第２のスイッチと、
    　各バッテリの状態を検出し、検出した状態に応じて、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御する制御手段とを備え、
    　前記制御手段は、検出した各バッテリの状態に基づき、充放電を避けるバッテリを選定し、当該バッテリに対する前記第１のスイッチをオフとし、当該バッテリに対する前記第２のスイッチをオンとすることにより、当該バッテリをバイパスして、他のバッテリを充放電することを特徴とするバッテリ装置の充放電システム。
  2. 　請求項１に記載のバッテリ装置の充放電システムにおいて、
    　各バッテリのいずれか一方の極側に前記第１のスイッチを設けると共に、
    　１つの前記バッテリと１つの前記第１のスイッチを間に挟むように、前記第２のスイッチを各々配置して、前記バイパス線と接続したことを特徴とするバッテリ装置の充放電システム。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載のバッテリ装置の充放電システムにおいて、
    　前記制御手段は、
    　各バッテリの温度及び充電率に基づき、要求される充放電電流値を充放電できないバッテリを、充放電を避けるバッテリとして選定することを特徴とするバッテリ装置の充放電システム。
  4. 　請求項３に記載のバッテリ装置の充放電システムにおいて、
    　前記制御手段は、
    　各バッテリの温度及び充電率に基づいたマップから各バッテリの電池容量を算出し、要求される充放電電流値を充放電できないバッテリを、充放電を避けるバッテリとして選定することを特徴とするバッテリ装置の充放電システム。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれかに記載のバッテリ装置の充放電システムにおいて、
    　前記制御手段は、
    　各バッテリの温度及び電圧を検出すると共に、使用時における各バッテリの電圧の変化を検出し、検出した各バッテリの電圧に基づき、各バッテリの充電率を算出すると共に、使用時における各バッテリの電圧の変化に基づき、各バッテリの電池容量を算出し、前記温度、前記充電率及び前記電池容量の条件下において、要求される充放電電流値を充放電できないバッテリを、充放電を避けるバッテリとして選定することを特徴とするバッテリ装置の充放電システム。
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