WO2016167012A1

WO2016167012A1 - 電源装置

Info

Publication number: WO2016167012A1
Application number: PCT/JP2016/054132
Authority: WO
Inventors: 皓子安谷屋; 隆広都竹; 博之野村
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2016-10-20

Abstract

異なる容量の電池ＢＴ１、ＢＴ２及び配線を含む電池モジュールを並列に接続した電源装置であって、第一の電池モジュール及び第二の電池モジュールそれぞれの内部抵抗と外部抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４であるモジュール抵抗は、第一の電池モジュールの電池ＢＴ１及び第二の電池モジュールの電池ＢＴ２の容量比に基づいて決められる。

Description

電源装置

　本発明は、電池モジュールを並列に接続した電源装置に関する。

　従来、電池や配線などを含む複数の電池モジュールを並列に接続した電源装置がある。例えば、特許文献１、２などが開示されている。

特開２０１２－０５０１５８号公報特開２０１０－０２８８８６号公報

　しかしながら、同じ仕様の電池モジュールを並列に接続した電源装置において、電池モジュールの電池の容量のみを増やすと、電池モジュールの電極（正極と負極）の抵抗は低減される。しかし電池モジュールの電池の内部抵抗、及び、電池モジュールに設けられた配線と部品の抵抗である外部抵抗、を有するモジュール抵抗は、電池の容量に反比例して小さくなるわけではない。

　例えば、電池の容量が二倍になっても、モジュール抵抗が反比例して半分になるわけではなく、モジュール抵抗は半分より高くなる。そうすると、電池モジュールの電池の容量とモジュール抵抗は比例しないので、異なる容量の電池を含む電池モジュールを並列に接続する電源装置では（１）（２）に示すような問題が発生する。（１）電池モジュールに同電圧を印加した場合、例えば、容量が小さい電池モジュールの電池は充電レート１Ｃで充電できるが、容量が大きい電池モジュールの電池は１Ｃ以下の充電となる。（２）電池モジュールを定電流充電により充電をすると、電流が偏って流れ、充電が完了した時点で、電池モジュールそれぞれのＳＯＣ（State Of Charge）又は充電電圧に差が発生する。

　また、異なる容量の電池を含む電池モジュールを単に並列に接続した電源装置では、容量が小さい電池モジュールの電池が、容量が大きい電池モジュールの電池より先に充電を完了してしまい、同じ時間に同じＳＯＣ又は充電電圧に達しないため、充電時間が延びるという問題が発生する。

　例えば、電池容量９０［Ａｈ］、モジュール抵抗１．３［Ω］の電池モジュールＡと、電池容量４５［Ａｈ］、モジュール抵抗２．０［Ω］の電池モジュールＢと、を並列に接続した場合に、電池モジュールＡ、Ｂに電圧９０［Ｖ］を印加すると、電池モジュールＡには約７０［Ａ］しか電流が流れず、電池モジュールＢには４５［Ａ］の電流が流れるので、電池モジュールＢの電池は所定の時間で所定のＳＯＣ又は充電電圧に達するが、電池モジュールＡの電池は所定のＳＯＣ又は充電電圧に達しないので、充電を継続するため、充電時間が延びてしまう。

　本発明の一側面に係る目的は、異なる容量の電池を含む電池モジュールが並列に接続されていても、同じ時間にＳＯＣ又は充電電圧が同じ値に達するようにできる電源装置を提供する。

　本発明に係る一つの形態である、異なる容量の電池及び配線を含む電池モジュールを並列に接続した電源装置において、第一の電池モジュール及び第二の電池モジュールそれぞれの内部抵抗と外部抵抗であるモジュール抵抗は、第一の電池モジュールの電池及び第二の電池モジュールの電池の容量比に基づいて決められる。

　モジュール抵抗の抵抗値それぞれは、第一の電池モジュールの電池及び第二の電池モジュールの電池の容量比と、第一の電池モジュール及び第二の電池モジュールそれぞれのモジュール抵抗の逆数比と、を一致させるように決められる。

　また、並列に接続した電池モジュールのうち、電池の容量が大きい電池モジュールの外部抵抗の抵抗値は、電池の容量が小さい電池モジュールの外部抵抗の抵抗値より小さく決められる。

　異なる容量の電池を含む電池モジュールが並列に接続されていても、同じ時間にＳＯＣ又は充電電圧が同じ値に達するようにできる。

電源装置の一実施例を示す回路図である。

　本実施形態では、異なる容量の電池を含む電池モジュールを単に並列に接続した電源装置において、例えば、容量が小さい電池モジュールの電池が、容量が大きい電池モジュールの電池より先に充電を完了してしまい、同じ時間に同じＳＯＣ又は充電電圧に達しないため、充電時間が延びるという問題を、容量比に基づいてモジュール抵抗を決めることにより解決する。

　異なる容量の電池を含む電池モジュールを単に並列に接続した場合、電池モジュールそれぞれにおいて電池の容量とモジュール抵抗は反比例していないため、二つの電池モジュールの電池の容量比と、二つの電池モジュールのモジュール抵抗の逆数比と、は一致していない。そこで、二つの電池モジュールの電池の容量比と、二つの電池モジュールの電池のモジュール抵抗の逆数比と、を一致させることにより、上記の問題を解決する。

　以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
　図１は、電源装置の一実施例を示す回路図である。図１の電源装置１は、異なる容量の電池及び配線を含む第一の電池モジュールと第二の電池モジュールを有し、第一の電池モジュールと第二の電池モジュールは配線により並列に接続されている。

　第一の電池モジュールは電池ＢＴ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２を含み、第二の電池モジュールは電池ＢＴ２、抵抗Ｒ３、Ｒ４を含んでいる。なお、電池ＢＴ１の容量Ｘ１と電池ＢＴ２の容量Ｘ２は異なる容量である。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、第一のモジュールに設けられる配線の抵抗、及び、その配線のいずれかに設けられた部品の抵抗、を示している。抵抗Ｒ３、Ｒ４は、第二のモジュールに設けられる配線の抵抗、及び、その配線のいずれかに設けられた部品などの抵抗を示している。配線は、例えば、ケーブルやバスバーなどが考えられる。部品は、例えば、スイッチ、リレー、ヒューズなどが考えられる。

　第一の電池モジュールのモジュール抵抗Ｙ１は、電池ＢＴ１の内部抵抗と、第一の電池モジュールに設けられた配線と部品の抵抗とである外部抵抗Ｒ１、Ｒ２と、を含む抵抗である。第二の電池モジュールのモジュール抵抗Ｙ２は、電池ＢＴ２の内部抵抗と、第二の電池モジュールに設けられた配線と部品の抵抗である外部抵抗Ｒ３、Ｒ４と、を含む抵抗である。

　次に、モジュール抵抗Ｙ１、Ｙ２の逆数比及び抵抗値の決め方について説明をする。モジュール抵抗Ｙ１、Ｙ２の逆数比は、第一の電池モジュールの電池ＢＴ１及び第二の電池モジュールの電池ＢＴ２の容量比に基づいて決められる。式１を参照。

　　　Ｘ１：Ｘ２＝Ｙ２：Ｙ１　　　　式１
　　　　Ｘ１：電池ＢＴ１の容量
　　　　Ｘ２：電池ＢＴ２の容量
　　　　Ｙ１：第一の電池モジュールのモジュール抵抗
　　　　Ｙ２：第二の電池モジュールのモジュール抵抗
　電池ＢＴ１と電池ＢＴ２との容量比と、モジュール抵抗Ｙ１とモジュール抵抗Ｙ２の逆数比と、を一致させるには、第一の電池モジュールと第二の電池モジュールの配線の抵抗値を変更することが考えられる。配線がケーブルの場合、ケーブルの導体の太さや長さを変更することで、モジュール抵抗の抵抗値を変更する。配線がバスバーの場合、バスバーの厚みや大きさを変更することで、モジュール抵抗の抵抗値を変更する。なお、部品の抵抗値を変更してもよい。すなわち、電池モジュールの外部抵抗の抵抗値を変更する。

　また、モジュール抵抗を変更する場合、電池の容量が大きい電池モジュールのモジュール抵抗の抵抗値を下げて、容量比とモジュール抵抗の逆数比とを一致させることが望ましい。例えば、電池容量９０［Ａｈ］、モジュール抵抗１．３［Ω］の電池モジュールＡと、電池容量４５［Ａｈ］、モジュール抵抗２．０［Ω］の電池モジュールＢとした場合、電池モジュールＡのモジュール抵抗１．３［Ω］を１．０［Ω］にし、電池モジュールＡ、Ｂに電圧９０［Ｖ］を印加すると、電池モジュールＡに約９０［Ａ］（＝９０［Ｖ］／１．０［Ω］）の電流が流れ、電池モジュールＢに４５［Ａ］（＝９０［Ｖ］／２．０［Ω］）の電流が流れるので、電池モジュールＡ、Ｂの電池は同じ時間（所定の時間）に所定のＳＯＣ又は充電電圧に達する。このとき、電池モジュールＡ、Ｂの電池容量比は電池モジュールＡ、Ｂそれぞれのモジュール抵抗の逆数比と一致する（９０［Ａｈ］：４５［Ａｈ］＝２．０［Ω］：１．０［Ω］）。仮に、電池モジュールＡのモジュール抵抗１．３［Ω］が内部抵抗０．７［Ω］と外部抵抗０．６［Ω］との合成抵抗で、電池モジュールＢのモジュール抵抗２．０［Ω］が内部抵抗１．４［Ω］と外部抵抗０．６［Ω］との合成抵抗である場合、電池モジュールＡの外部抵抗の抵抗値を０．３［Ω］下げて０．３［Ω］に変更し、モジュール抵抗の抵抗値を１．０［Ω］にする。その結果、電池の容量が大きい電池モジュールＡの外部抵抗の抵抗値は、電池の容量が小さい電池モジュールＢの外部抵抗の抵抗値より小さくなる（電池Ａの外部抵抗０．３［Ω］＜電池Ｂの外部抵抗０．６［Ω］）。

　また、電池の容量が小さい電池モジュールのモジュール抵抗の抵抗値を上げて、容量比とモジュール抵抗の逆数比とを一致させてもよい。例えば、電池モジュールＢのモジュール抵抗２．０［Ω］を２．６［Ω］にし、電池モジュールＡ、Ｂに電圧９０［Ｖ］を印加すると、電池モジュールＡに約７０［Ａ］（＝９０［Ｖ］／１．３［Ω］）の電流が流れ、電池モジュールＢに約３５［Ａ］（＝９０［Ｖ］／２．６［Ω］）の電流が流れるので、電池モジュールＡ、Ｂの電池は同じ時間（所定の時間）に所定のＳＯＣ又は充電電圧に達する。このとき、電池モジュールＡ、Ｂの電池容量比は電池モジュールＡ、Ｂそれぞれのモジュール抵抗の逆数比と一致する（９０［Ａｈ］：４５［Ａｈ］＝２．６［Ω］：１．３［Ω］）。仮に、電池モジュールＡのモジュール抵抗１．３［Ω］が内部抵抗０．７［Ω］と外部抵抗０．６［Ω］との合成抵抗で、電池モジュールＢのモジュール抵抗２．０［Ω］が内部抵抗１．４［Ω］と外部抵抗０．６［Ω］との合成抵抗である場合、電池モジュールＢの外部抵抗の抵抗値を０．６［Ω］上げて１．２［Ω］に変更し、モジュール抵抗を２．６［Ω］にする。その結果、電池の容量が大きい電池モジュールＡの外部抵抗の抵抗値は、電池の容量が小さい電池モジュールＢの外部抵抗の抵抗値より小さくなる（電池モジュールＡの外部抵抗０．６［Ω］＜電池モジュールＢの外部抵抗１．２［Ω］）。

　このように、モジュール抵抗を外部抵抗を用いて変更する場合、電池の容量が大きい電池モジュールのモジュール抵抗の外部抵抗の抵抗値は、電池の容量が小さい電池モジュールのモジュール抵抗の外部抵抗の抵抗値より小さくなる。

　また、電池モジュールの定格範囲内であれば、印加する電圧を変更してもよい。
　実施形態によれば、電池モジュールの電池の容量比と、モジュール抵抗の逆数比と、を一致させることにより、同じ時間にＳＯＣ又は充電電圧が同じ値に達するようにできるので、充電時間を短縮することができる。

　また、異なる容量の電池を含む電池モジュールに同電圧を印加した場合でも、異なる容量の電池それぞれは同じ充電レートで充電できるようになる。更に、電池モジュールそれぞれを定電流充電により充電した場合でも、充電が完了した時点で、電池モジュールそれぞれのＳＯＣ又は充電電圧が同じになる。

　なお、電池モジュールの電池の容量を大きくする際に、電池モジュールの数量を増やすのではなく、電池の容量だけを増やすことで、電池パックの体格を小さくできるという効果もある。

　また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
　なお、実施形態では二個の電池モジュールを並列接続させた電源装置を用いて説明したが、電池モジュールを三個以上並列接続させた電源装置を用いてもよい。電池モジュールを三個以上並列接続させた場合、二つの電池モジュールの電池の容量比と、モジュール抵抗の逆数比とは一致させるように決められる。

１　電源装置
ＢＴ１、ＢＴ２　電池
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４　外部抵抗

Claims

　異なる容量の電池及び配線を含む電池モジュールを並列に接続した電源装置であって、
　第一の電池モジュール及び第二の電池モジュールそれぞれの内部抵抗と外部抵抗であるモジュール抵抗は、前記第一の電池モジュールの電池及び前記第二の電池モジュールの電池の容量比に基づいて決められる、
　ことを特徴とする電源装置。
　請求項１に記載の電源装置であって、
　前記モジュール抵抗の抵抗値それぞれは、前記第一の電池モジュールの電池及び前記第二の電池モジュールの電池の容量比と、前記第一の電池モジュール及び前記第二の電池モジュールそれぞれのモジュール抵抗の逆数比と、を一致させるように決められる、
　ことを特徴とする電源装置。
　請求項２に記載の電源装置であって、
　並列に接続した前記電池モジュールのうち、電池の容量が大きい電池モジュールの外部抵抗の抵抗値は、電池の容量が小さい電池モジュールの外部抵抗の抵抗値より小さく決められる、
　ことを特徴とする電源装置。