JP2020022342A - Battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system.
従来、上述した電池システムとして、電池の劣化を判定して、劣化した電池を予備電池と交換できる蓄電池システムが知られている（特許文献１）。 Conventionally, as the above-described battery system, there is known a storage battery system capable of determining deterioration of a battery and replacing the deteriorated battery with a spare battery (Patent Document 1).
ところで、上述した電池として、中古電池を搭載することがある。中古電池は、ユーザの使用方法によって劣化状態が異なる。一般的に劣化が進んだ電池は、電池容量が低下しているため、そうでないものと比べて充放電できる電力容量が少なくなる。 By the way, a used battery may be mounted as the above-mentioned battery. Used batteries have different states of deterioration depending on how the user uses them. Generally, a deteriorated battery has a reduced battery capacity, and therefore has a smaller power capacity that can be charged and discharged than a battery that does not.
劣化状態の異なる電池を混在させて直列接続すると、充放電時に劣化の進んだ電池がはじめに満充電又は全放電状態になってしまう。この場合、他の電池に余力が残っていても充放電を停止しなければならず、電池容量を使いきることができない、という問題が生じていた。 If batteries having different states of deterioration are mixed and connected in series, a battery that has advanced during charge / discharge will first be fully charged or fully discharged. In this case, charging / discharging has to be stopped even if there is remaining power in other batteries, and there has been a problem that the battery capacity cannot be used up.
そこで、従来は、劣化状態が同等の電池を選別して新たな電池システムを構成していた。この場合、劣化状態の異なる電池で構成された電池システムは、電池システムとしての電池容量が異なってしまい製品として成立しにくかった。そこで、同製品の製造数をまかなえるだけの劣化状態が同等の電池を集める必要があった。この場合、劣化状態の異なる電池で構成された電池システムも発生してしまうため、これらに対応する別製品を考える必要があった。以上より、電池の選別とプールするための大きな保管庫が必要になり、コストの低減が難しい。 Therefore, conventionally, a new battery system is configured by selecting batteries having the same deterioration state. In this case, a battery system composed of batteries having different states of deterioration has different battery capacities as the battery system, and is difficult to be realized as a product. Therefore, it was necessary to collect batteries having the same deterioration state that could cover the number of products manufactured. In this case, a battery system composed of batteries having different deteriorated states may occur, and it is necessary to consider another product corresponding to these. As described above, a large storage for sorting and pooling batteries is required, and it is difficult to reduce costs.
例えば、図１に記載した構成の電池システムであれば、劣化状態の異なる電池が混在したとしても全ての電池の容量を十分に使用することができる。この電池システムでは、各電池と直列に遮断用のスイッチを配置し、かつ、各電池と並列にバイパス用のスイッチを配置している。このため、充放電時に、満充電状態又は全放電状態になった電池の遮断用のスイッチをオフにし、バイパス用のスイッチにオンすることで、満充電状態又は全放電状態になった電池を他の電池から切り離すことが可能であり、一部の電池が満充電状態又は全放電状態になったとしても、他の電池の充放電を続けることが可能である。 For example, in the battery system having the configuration shown in FIG. 1, even if batteries having different deterioration states are mixed, the capacities of all the batteries can be sufficiently used. In this battery system, a switch for disconnection is arranged in series with each battery, and a switch for bypass is arranged in parallel with each battery. For this reason, at the time of charge / discharge, the battery in the fully charged state or the fully discharged state is turned off by turning off the switch for shutting off the battery in the fully charged state or the fully discharged state, and turned on by the switch for bypass. Can be separated from the other battery, and even if some of the batteries are fully charged or fully discharged, it is possible to continue charging / discharging other batteries.
しかしながら、上述した電池システムでは、放電時に、全放電状態になった電池を切り離す動作をしている間、つまり、遮断用のスイッチをオフにし、バイパス用のスイッチをオンするまでの間、負荷に対する給電が停止してしまう。 However, in the above-described battery system, during the discharging, the operation of disconnecting the fully discharged battery, that is, turning off the switch for shutoff and turning on the switch for bypass, the load on the load. Power supply stops.
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、全放電状態になった電池を切り離す動作をしている間においても、負荷への給電を続けることができる電池システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above background, and it is an object of the present invention to provide a battery system that can continue to supply power to a load even during an operation of disconnecting a battery that has been fully discharged. The purpose is.
本発明の態様である電池システムは、正極端と負極端と電池と切替部と含む電池ユニットが複数個直列に接続された電池回路が複数個並列に接続された電池回路群と、前記電池の蓄電状態を判定し、当該判定された蓄電状態に基づいて、前記切替部を制御する制御部と、を有し、前記電池ユニットの各々において、前記切替部は、前記正極端と前記負極端の間に前記電池が接続された第１の状態と、前記正極端と前記負極端が前記電池を介さずに接続された第２の状態と、の間で、当該電池ユニットの状態を切り替え、前記制御部は、前記電池回路群の放電時に、蓄電状態が全放電状態でないと判定された電池を含む電池ユニットの状態が前記第１の状態になり、蓄電状態が全放電状態であると判定された電池を含む電池ユニットの状態が前記第２の状態になるように、前記切替部を制御し、
前記電池回路の各々は、前記電池の放電方向が順方向となるように、前記複数の電池ユニットと直列に接続されたダイオードを有する。
A battery system according to an aspect of the present invention includes a battery circuit group in which a plurality of battery circuits in which a plurality of battery units including a positive electrode terminal, a negative electrode terminal, a battery, and a switching unit are connected in series are connected in parallel, A control unit that determines a storage state and controls the switching unit based on the determined storage state.In each of the battery units, the switching unit is configured to switch between the positive terminal and the negative terminal. Switching the state of the battery unit between a first state in which the battery is connected therebetween, and a second state in which the positive electrode end and the negative electrode end are connected without interposing the battery, The control unit is configured to determine that the state of the battery unit including the battery whose storage state is not determined to be the fully discharged state is the first state when the battery circuit group is discharged, and that the storage state is determined to be the fully discharged state. The battery unit containing the battery So that the second state, controlling the switching unit,
Each of the battery circuits has a diode connected in series with the plurality of battery units so that a discharge direction of the battery is a forward direction.
また、前記制御部は、前記電池の両端電圧が所定の放電終了電圧より大きいときに、当該電池は全放電状態でないと判定し、前記電池の両端電圧が前記所定の放電終了電圧以下であるときに、当該電池は全放電状態にあると判定するようにしてもよい。 Further, the control unit determines that the battery is not in a fully discharged state when the voltage across the battery is higher than a predetermined discharge end voltage, and determines that the voltage across the battery is equal to or lower than the predetermined discharge end voltage. Alternatively, the battery may be determined to be in a fully discharged state.
また、前記複数の電池回路の各々は、前記ダイオードと並列に接続されたバイパススイッチをさらに有し、前記制御部は、前記電池回路群の充電時に、蓄電状態が満充電状態でないと判定された電池を含む電池ユニットの状態が前記第１の状態になり、蓄電状態が満充電状態であると判定された電池を含む電池ユニットの状態が前記第２の状態になるように、前記切替部を制御するようにしてもよい。 In addition, each of the plurality of battery circuits further includes a bypass switch connected in parallel with the diode, and the control unit determines that the storage state is not the full charge state when charging the battery circuit group. The switching unit is configured such that the state of the battery unit including the battery is the first state, and the state of the battery unit including the battery whose power storage state is determined to be the fully charged state is the second state. You may make it control.
また、前記制御部は、前記電池の両端電圧が所定の充電終了電圧より小さいときに、当該電池は満充電状態でないと判定し、前記電池の両端電圧が前記所定の充電終了電圧以上であるときに、当該電池は満充電状態にあると判定するようにしてもよい。 Further, the control unit determines that the battery is not in a fully charged state when the voltage across the battery is smaller than a predetermined charge end voltage, and determines that the voltage across the battery is equal to or higher than the predetermined charge end voltage. Alternatively, the battery may be determined to be in a fully charged state.
また、前記制御部は、前記電池回路のうちの１つのバイパススイッチのみがオンになるように、前記バイパススイッチを制御し、当該バイパススイッチがオンである電池回路のすべての電池が満充電状態であると判定されたときに、当該バイパススイッチがオフになるように前記バイパススイッチを制御することで、前記複数の電池回路を順次充電するように、前記バイパススイッチを制御するにしてもよい。 Further, the control unit controls the bypass switch such that only one of the battery circuits is turned on, and controls all the batteries of the battery circuit in which the bypass switch is on in a fully charged state. When it is determined that there is, the bypass switch may be controlled so that the bypass switch is turned off, so that the plurality of battery circuits are sequentially charged.
上記で説明した態様によれば、全放電状態になった電池を切り離す動作をしている間においても、負荷への給電を続けることができる電池システムを提供することができる。 According to the aspect described above, it is possible to provide a battery system that can continue to supply power to the load even during the operation of disconnecting the battery that has been fully discharged.
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を、図１に基づいて説明する。図１に示す電池システム１は、例えば電動モータにより駆動するＥＶ又はＨＥＶ車に搭載され、電動モータに電源を供給する装置である。
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
同図に示すように、電池システム１は、複数の電池ユニット１１ａ〜１１ｅと、複数の電圧計測部１２ａ〜１２ｅと、制御部１３と、を備えている。複数の電池ユニット１１ａ〜１１ｅは、同じ構成である。本実施形態では、電池ユニット１１ａを代表として説明する。なお、電池ユニット１１ｂ〜１１ｅについては、電池ユニット１１ａについての説明中の「ａ」を「ｂ〜ｅ」に各々置き換えることができ、詳細な説明を省略する。
As shown in FIG. 1, the
電池ユニット１１ａは各々、電池１１１ａと、切替部１１２ａと、を備えている。
Each of the
電池１１１ａは各々、充放電可能な蓄電池であり、１つのセルから構成されていてもよいし、複数のセルから構成されていてもよい。本実施形態では、複数の電池ユニット１１ａ〜１１ｅが備える電池１１１ａ〜１１１ｅは、車載利用された中古電池を用いている。車両利用された中古電池の劣化状態を計測し、複数の電池１１１ａ〜１１１ｅの合計容量が所望の容量となるように、電池１１１ａ〜１１１ｅを選別する。このとき、電池１１１ａ〜１１１ｅの電池劣化度は同一でなくてよく、電池１１１ａ〜１１１ｅの合計容量が所望の容量となればよい。
Each of the
切替部１１２ａは、対応する電池１１１ａの接続を電源として用いる接続状態と、電源として用いない非接続状態と、の間で切り替え可能に設けられている。詳しく説明すると、切替部１１２ａ〜１１２ｅにより接続状態に切り替えらえた電池同士が直列接続され、切替部１１２ａ〜１１２ｅにより非接続状態に切り替えられた電池が接続状態の電池から切り離される。
The
切替部１１２ａは、電池１１１ａに直列接続された第１スイッチＳＷ１ａと、電池１１１ａ及び第１スイッチＳＷ１ａに並列接続された第２スイッチＳＷ２ａと、から構成されている。今、第１スイッチＳＷ１ａは、その一端Ｔ１１が対応する電池１１１ａの一極（例えば正極）に接続されている。第２スイッチＳＷ２ａは、その一端Ｔ２１が対応する電池１１１ａの他極（例えば負極）に接続され、その他端Ｔ２２が第１スイッチＳＷ１ａの他端Ｔ１２に接続されている。
The
上述した電池ユニット１１ａ〜１１ｅは、直列接続され、その両端が直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１４に接続されている。即ち、電池ユニット１１ａ〜１１ｅの並び方向一方側（図面左側）の電池ユニット１１ａが備えた第１スイッチＳＷ１ａ及び第２スイッチＳＷ２ａの他端Ｔ１２が、ＤＣ／ＡＣ変換器１４に接続されている。また、並び方向他端側（図面右側）の電池ユニット１１ｅが備えた電池１１１ｅの他極及び第２スイッチＳＷ２ｅの他端Ｔ２１が、ＤＣ／ＡＣ変換器１４に接続されている。
The above-mentioned
また、互いに隣接する電池１１１ａ及び１１１ｂ、…、１１１ｄ及び１１１ｅ間にそれぞれ、第１スイッチＳＷ１ｂ、…、ＳＷ１ｅが接続されている。また、互いに隣接する電池ユニット１１ａ及び１１ｂ、…、１１ｄ及び１１ｅの第２スイッチＳＷ２ａ、…、２ｄの一端Ｔ２１と、第２スイッチＳＷ２ｂ、…、２ｅの他端Ｔ２２と、が接続されている。
Further, first switches SW1b,..., SW1e are connected between the
以上の構成によれば、第２スイッチＳＷ２ａをオフし、この第１スイッチＳＷ１ａをオンすると電池１１１ａが接続状態となり、第１スイッチＳＷ１ａをオフし、第２スイッチＳＷ２ａをオンすると電池１１１ａが非接続状態となる。
According to the above configuration, when the second switch SW2a is turned off and the first switch SW1a is turned on, the
複数の電圧計測部１２ａ〜１２ｅは、対応する電池１１１ａ〜１１１ｅの両端電圧を測定して、その測定結果を後述する制御部１３に対して出力する。
The plurality of
制御部１３は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭから構成され、電池システム１全体の制御を司る。制御部１３は、各電池１１１ａ〜１１１ｅの両端電圧に基づいて第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅ及び第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオンオフする。
The
次に、上述した構成の電池システム１の動作について、図２及び図３のフローチャートを参照して説明する。まず、電池システム１の充電が開始されると、制御部１３は、図２に示す充電処理を開始する。まず、制御部１３は、全ての電池ユニット１１ａ〜１１ｅの第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオフした後に第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオンする（ステップＳ１０）。これにより、全ての電池１１１ａ〜１１１ｅが接続状態となり、直列接続されて充電される。
Next, the operation of the
次に、制御部１３は、各電圧計測部１２ａ〜１２ｅを用いて電池１１１ａ〜１１１ｅの両端電圧を計測する（ステップＳ１１）。制御部１３は、複数の電池１１１ａ〜１１１ｅのうち予め定めた充電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。充電終了電圧に達した電池がなければ（ステップＳ１２でＮ）、制御部１３は、何れの電池１１１ａ〜１１１ｅも満充電状態にないと判定し、ステップＳ１１に戻る。
Next, the
一方、充電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがあれば（ステップＳ１２でＹ）、制御部１３は、その電池１１１ａ〜１１１ｅを満充電状態と判定し、その電池１１１ａ〜１１１ｅに対応する第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオフすると共に、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオンする（ステップＳ１３）。これにより、満充電状態の電池１１１ａ〜１１１ｅは、非接続状態に切り替えられ、充電が停止される。その後、制御部１３は、ステップＳ１４に進む。
On the other hand, if any of the
ステップＳ１４において制御部１３は、充電が終了したか否か判定する。充電が終了していれば（ステップＳ１４でＹ）、制御部１３は、充電処理を終了する。一方、充電が終了していなければ（ステップＳ１４でＮ）、制御部１３は、再びステップＳ１１に戻る。
In step S14, the
また、電池システム１の放電が開始されると、制御部１３は、図３に示す放電処理を開始する。まず、制御部１３は、全ての電池ユニット１１ａ〜１１ｅの第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオフした後に、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオンする（ステップＳ２０）。これにより、全ての電池１１１ａ〜１１１ｅが直列接続され、接続状態となり、放電される。
When the
次に、制御部１３は、各電圧計測部１２ａ〜１２ｅを用いて電池１１１ａ〜１１１ｅの両端電圧を計測する（ステップＳ２１）。制御部１３は、複数の電池１１１ａ〜１１１ｅのうち予め定めた放電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがあるか否かを判定する（ステップＳ２２）。放電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがなければ（ステップＳ２２でＮ）、制御部１３は、何れの電池１１１ａ〜１１１ｅも全放電状態にないと判定し、ステップＳ２１に戻る。
Next, the
一方、放電終了電圧に達した電池があれば（ステップＳ２２でＹ）、制御部１３は、その電池１１１ａ〜１１１ｅを全放電状態と判定し、その電池１１１ａ〜１１１ｅに対応する第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオフすると共に、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオンする（ステップＳ２３）。これにより、全放電状態の電池１１１ａ〜１１１ｅは、非接続状態に切り替えられ、放電が停止される。その後、制御部１３は、ステップＳ２４に進む。
On the other hand, if there is a battery that has reached the discharge end voltage (Y in step S22), the
ステップＳ２４において制御部１３は、放電が終了したか否か判定する。放電が終了していれば（ステップＳ２４でＹ）、制御部１３は、放電処理を終了する。一方、放電が終了していなければ（ステップＳ１４でＮ）、制御部１３は、再びステップＳ２１に戻る。
In step S24, the
次に、上述した電池システム１の動作の一例を、電池１１１ａから電池１１１ｅに向けて劣化が進んでいるとして説明する。電池システム１の充電が行われると、制御部１３は、まず全ての電池ユニット１１ａ〜１１ｅの第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオフした後に、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオンする。これにより、充電開始時は、全ての電池１１１ａ〜１１１ｅが充電される。その後、劣化の最も進んだ電池１１１ｅの両端電圧が充電終了電圧に達するので、制御部１３は、第１スイッチＳＷ１ｅをオフすると共に第２スイッチＳＷ２ｅをオンする。これにより、電池１１１ｅが切り離され、電池１１１ａ〜電池１１１ｄで構成された電池システム１として、充電が継続される。
Next, an example of the operation of the above-described
次に、電池劣化が２番目に進んだ電池１１１ｄの両端電圧が充電終了電圧に達するので、制御部１３は、第１スイッチＳＷ１ｄをオフするとともに第２スイッチＳＷ２ｄをオンする。これにより、電池１１１ｄも切り離され、電池１１１ａ〜電池１１１ｃで構成された電池システム１として、充電が継続される。これを最大で１つの電池まで繰り返すことで、全ての電池１１１ａ〜１１１ｅの充電状態ＳＯＣが１００％（＝満充電状態）になるまで充電することができる。
Next, since the voltage between both ends of the
一方、電池システム１の放電が行われると、制御部１３は、まず全ての電池ユニット１１ａ〜１１ｅの第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオフした後に第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオンする。これにより、放電開始時は、全ての電池１１１ａ〜１１１ｅが放電される。その後、劣化の最も進んだ電池１１１ｅの両端電圧が放電終了電圧に達するので、制御部１３は、第１スイッチＳＷ１ｅをオフすると共に第２スイッチＳＷ２ｅをオンする。これにより、電池１１１ｅが切り離され、電池１１１ａ〜電池１１１ｄで構成された電池システム１として、放電が継続される。
On the other hand, when the
次に、電池劣化が２番目に進んだ電池１１１ｄの両端電圧が放電終了電圧に達するので、制御部１３は、第１スイッチＳＷ１ｄをオフするとともに第２スイッチＳＷ２ｄをオンする。これにより、電池１１１ｄも切り離され、電池１１１ａ〜電池１１１ｃで構成された電池システム１として、放電が継続される。これを最大で１つの電池まで繰り返すことで、全ての電池１１１ａ〜１１１ｅの充電状態ＳＯＣが０％（＝全放電状態）になるまで放電することができる。
Next, since the voltage across the
上述した第１実施形態によれば、制御部１３が、通常時は複数の切替部１１２ａ〜１１２ｅを接続状態に制御し、充電時に満充電状態又は放電時に全放電状態と判定した電池１１１ａ〜１１１ｅに対応する切替部１１２ａ〜１１２ｅを非接続状態に制御する。これにより、上述したように全ての電池１１１ａ〜１１１ｅを満充電まで充電でき、全ての電池１１１ａ〜１１１ｅを放電終了まで放電できるので、劣化状態の異なる電池１１１ａ〜１１１ｅが混在したとしても全ての電池１１１ａ〜１１１ｅの容量を十分に使用することができる電池システム１を安価に提供することができる。
According to the above-described first embodiment, the
また、上述した第１実施形態によれば、切替部１１２ａが、電池１１１ａに直列接続された第１スイッチＳＷ１ａと、電池１１１ａ及び第１スイッチＳＷ１ａに並列接続された第２スイッチＳＷ２ａと、から構成されている（切替部１１２ｂ〜１１２ｅについては、「ａ」を「ｂ〜ｅ」に読み替える）。これにより、スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅ、ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅを用いて容易に電池１１１ａ〜１１１ｅを接続状態と非接続状態との間で切り替えることができる。
According to the first embodiment, the
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。第１実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、切替部１１２ａ〜１１２ｅの構成である。本実施例では、切替部１１２ａを代表として説明する。なお、切替部１１２ｂ〜１１２ｅについては、切替部１１２ａについての説明中の「ａ」を「ｂ〜ｅ」に各々置き換えることができ、詳細な説明を省略する。上述した第１実施形態では、切替部１１２ａは２つのオンオフスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ２ａから構成されていたが、第２実施形態では、切替部１１２ａは１つの切替スイッチＳＷ３ａから構成されている。
(2nd Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The major difference between the first embodiment and the second embodiment is the configuration of the switching
なお、図４において、上述した第１実施形態で既に説明した図１と同等の部分については同一符号を付してその詳細を省略する。 In FIG. 4, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 1 already described in the first embodiment, and the details are omitted.
切替部１１２ａは、第１接点Ｃ１の接続を、電池１１１ａの一極に接続された第２接点Ｃ２と、電池１１１ａの他極に接続された第３接点Ｃ３と、の間で切り替える切替スイッチＳＷ３ａから構成されている。なお、切替スイッチＳＷ３ａの第１接点Ｃ１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１４に接続されている。切替スイッチＳＷ３ｂ〜３ｃの第１接点Ｃ１は、隣接する電池１１１ａ、…、１１１ｄに接続されている。
The
以上の構成によれば、この切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅを第２接点Ｃ２側に切り替えると接続状態となり、切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅを第３接点Ｃ３側に切り替えると非接続状態となる。 According to the above configuration, when the changeover switches SW3a to SW3e are switched to the second contact C2, the connection state is established, and when the changeover switches SW3a to SW3e are switched to the third contact C3, the connection state is established.
次に、上述した構成の電池システム１の動作について説明する。第２実施形態の動作は、図２及び図３について上述した第１実施形態とほぼ同じである。異なる点は、第１実施形態では、ステップＳ１０、Ｓ２０において制御部１３が、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオン、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオフするのに対して、第２実施形態では、切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅを第２接点Ｃ２側に切り替える。また、第１実施形態では、ステップＳ１３、Ｓ２３において制御部１３が、満充電状態又は全放電状態のバッテリ１１１ａ〜１１１ｅに対応する第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオフ、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオンするのに対して、第２実施形態では、対応する切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅを第３接点Ｃ３側に切り替える。
Next, the operation of the
また、上述した第２実施形態によれば、切替部１１２ａ〜１１２ｅが、切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅから構成されている。これにより、切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅを用いて容易に電池１１１ａ〜１１１ｅを接続状態と非接続状態との間で切り替えることができる。また、第１スイッチＳＷ１a〜ＳＷ１eと第２スイッチＳＷ２a〜ＳＷ２eの誤切替による短絡を防止する。
Further, according to the above-described second embodiment, the switching
（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図５に基づいて説明する。第３実施形態は、直列に接続された複数の電池ユニット１１ａ〜１１ｅを有する電池回路５１０が複数個並列に接続された電池回路群を有する。そして、電池回路５１０の両端に、充電制御部５２０と負荷５３０が並列に接続されている。図５には記載はしていないが、第３実施形態も、第１実施形態、第２実施形態と同様に、電池１１１ａ〜１１１ｅの両端電圧を測定する電圧計測部１２ａ〜１２ｅを有している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The third embodiment has a battery circuit group in which a plurality of
電池回路５１０の各々は、第１実施形態と同様に、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅと第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅからなる切替部１１２ａ〜１１２ｅを有している。そして、第１実施形態と同様に、電池１１１ａ〜１１１ｅが満充電状態でも全放電状態でもないときには、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオンとし、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオフとすることで、電池ユニット１１ａ〜１１ｅは、電池ユニット１１ａ〜１１ｅの正極端１１３ａ〜１１３ｅと負極端１１４ａ〜１１４ｅの間に電池１１１ａ〜１１１ｅが接続された状態（第１の状態）となり、電池１１１ａ〜１１１ｅは、他の第１の状態にある電池ユニット１１ａ〜１１ｅの電池１１１ａ〜１１１ｅと直列に接続され、電源として用いられる。また、電池１１１ａ〜１１１ｅが満充電状態又は全放電状態に達したと判定されたときには、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオフとし、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオンとすることで、電池ユニット１１ａ〜１１ｅの正極端１１３ａ〜１１３ｅと負極端１１４ａ〜１１４ｅが電池１１１ａ〜１１１ｅを介さずに接続された状態（第２の状態）となり、電池１１１ａ〜１１１ｅは他の第１の状態にある電池ユニット１１ａ〜１１ｅの電池１１１ａ〜１１１ｅから切り離され、電源として使用されない。
Each of the
なお、図５では、切替部１１２ａ〜１１２ｅは、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅと第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅで構成されているが、代わりに、第２実施形態と同様に、切替部１１２ａ〜１１２ｅを、切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅで構成するようにしても良い。このときは、電池１１１ａ〜１１１ｅが満充電状態でも全放電状態でもないときには、切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅにおいて接点Ｃ１を接点Ｃ２に接続させることで、電池ユニット１１ａ〜１１ｅは、電池ユニット１１ａ〜１１ｅの正極端１１３ａ〜１１３ｅと負極端１１４ａ〜１１４ｅの間に電池１１１ａ〜１１１ｅが接続された状態（第１の状態）となり、電池１１１ａ〜１１１ｅは他の第１の状態にある電池ユニット１１ａ〜１１ｅの電池１１１ａ〜１１１ｅと直列に接続され、電源として用いられる。また、電池１１１ａ〜１１１ｅが満充電状態又は全放電状態に達したと判定されたときには、切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅにおいて接点Ｃ１を接点Ｃ３に接続させることで、電池ユニット１１ａ〜１１ｅの正極端１１３ａ〜１１３ｅと負極端１１４ａ〜１１４ｅが電池１１１ａ〜１１１ｅを介さずに接続された状態（第２の状態）となり、電池１１１ａ〜１１１ｅは他の第１の状態にある電池ユニット１１ａ〜１１ｅの電池１１１ａ〜１１１ｅから切り離され、電源として使用されない。
In FIG. 5, the switching
第１実施形態では、放電時に、全放電状態になった電池を切り離す動作をしている間、つまり、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオフにし、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオンにするまでの間、負荷に対する給電が停止してしまう。また、第２実施形態においても、放電時に、全放電状態になった電池を切り離す動作をしている間、つまり、切替スイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅを第２接点Ｃ２から第３接点Ｃ３に切り替えるまでの間、負荷に対する給電が停止してしまう。 In the first embodiment, during discharging, the operation is performed during the operation of disconnecting the fully discharged battery, that is, until the first switches SW1a to SW1e are turned off and the second switches SW2a to SW2e are turned on. Then, the power supply to the load stops. Further, also in the second embodiment, during the operation of disconnecting the fully discharged battery at the time of discharging, that is, until the changeover switches SW3a to SW3e are switched from the second contact C2 to the third contact C3. Then, the power supply to the load stops.
そこで、第３実施形態では、直列に接続された電池１１１ａ〜１１１ｅを有する複数の電池回路５１０が並列に接続されている。このため、放電時に、複数の電池回路５１０のうちの１つで、全放電状態になった電池を切り離す動作をしていたとしても、電流が他の電池回路５１０を流れるため、全放電状態になった電池を切り離す動作をしている間に、負荷５３０への給電が停止することがない。
Therefore, in the third embodiment, a plurality of
また、第３実施形態では、複数の電池回路５１０の各々には、ダイオード５１１が、電池１１１ａ〜１１１ｅの放電方向が順方向となるように、複数の電池ユニット１１ａ〜１１ｅと直列に接続されている。例えば、図５では、電池ユニット１１ａの正極端１１３ａがダイオード５１０のアノードに接続している。このため、全放電状態になった電池を切り離すことで複数の電池回路５１０ごとの総電圧が異なることになったとしても、放電時に、総電圧が高い電池回路５１０から総電圧が低い電池回路５１０へ電流が流れることを防ぐことが可能である。
In the third embodiment, a
複数の電池回路５１０を上記のように構成した場合、電池１１１ａ〜１１１ｅを充電するための電流の向きは、ダイオード５１１の順方向と逆方向であり、電池１１１ａ〜１１１ｅを充電するための電流は、ダイオード５１１を通ることができない。そこで、第３実施形態では、図５に記載したように、複数の電池回路５１０の各々が、ダイオード５１１に並列に接続されたバイパススイッチ５１２を有している。充電時に、バイパススイッチ５１２をオンにすることで、電池１１１ａ〜１１１ｅを充電するための電流は、ダイオード５１１を迂回して流れることができるようになり、電池１１１ａ〜１１１ｅに充電するための電流を供給することができる。
When the plurality of
また、制御部１３は、充電時に、複数の電池回路５１０が１つずつ順次充電されるように、バイパススイッチ５１２を制御する。つまり、制御部１３は、複数の電池回路５１０のうちの１つのバイパススイッチ５１２のみをオンし、他の電池回路５１０のバイパススイッチ５１２をオフし、バイパススイッチ５１２がオンになっている電池回路５１０のみを充電する。そして、充電が完了したら、バイパススイッチ５１２をオフにし、他の充電されていない電池回路５１０うちの１つのバイパススイッチ５１２のみをオンにし、この電池回路５１０を充電する。このような制御を続けることにより、制御部１３は、電池回路５１０を順次充電していく。このため、充電時には、電池回路５１０は互いに接続していない。よって、第３実施形態では、満充電状態になった電池を切り離すことで複数の電池回路５１０ごとの総電圧が異なることになったとしても、総電圧が高い電池回路５１０から総電圧が低い電池回路５１０へ電流が流れることがない。
Further, the
図６は、第３実施形態における放電時の動作を示すフローチャートである。第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅ、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅ、バイパススイッチ５１２のすべてのスイッチをオフにする（ステップＳ６０１）。第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオンする（ステップＳ６０２）。その後、放電を開始する（ステップＳ６０３）。 FIG. 6 is a flowchart showing the operation at the time of discharging in the third embodiment. All the switches of the first switches SW1a to SW1e, the second switches SW2a to SW2e, and the bypass switch 512 are turned off (step S601). The first switches SW1a to SW1e are turned on (step S602). Thereafter, discharge is started (step S603).
次に、制御部１３は、電池１１１ａ〜１１１ｅの両端電圧を計測する（ステップＳ６０４）。制御部１３は、複数の電池１１１ａ〜１１１ｅのうち予め定めた放電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがあるか否かを判定する（ステップＳ６０５）。放電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがなければ（ステップＳ６０５でＮ）、制御部１３は、何れの電池１１１ａ〜１１１ｅも全放電状態にないと判定し、ステップＳ６０４に戻る。
Next, the
一方、放電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがあれば（ステップＳ６０５でＹ）、制御部１３は、その電池１１１ａ〜１１１ｅを全放電状態と判定し、その電池１１１ａ〜１１１ｅに対応する第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオフすると共に、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオンする（ステップＳ６０６）。これにより、全放電状態の電池１１１ａ〜１１１ｅの接続は、非接続状態に切り替えられ、全放電状態の電池１１１ａ〜１１１ｅの放電が停止される。その後、制御部１３は、ステップＳ６０７に進む。
On the other hand, if any of the
ステップＳ６０７において、制御部１３は、すべての電池１１１ａ〜１１１ｅの放電が停止されたか否か、つまり、すべての電池１１１ａ〜１１１ｅの放電が終了したか否かを判定する。すべての電池１１１ａ〜１１１ｅの放電が終了していれば（ステップＳ６０７でＹ）、制御部１３は、放電を停止し（Ｓ６０８）、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅ、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅ、バイパススイッチ５１２のすべてのスイッチをオフにし（ステップＳ６０９）、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオンする（ステップＳ６１０）。一方、すべての電池１１１ａ〜１１１ｅの放電が終了していなければ（ステップＳ６０６でＮ）、制御部１３は、再びステップＳ６０４に戻る。
In step S607, the
図７は、第３実施形態における充電時の動作を示すフローチャートである。第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅ、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅ、バイパススイッチ５１２のすべてのスイッチをオフにする（ステップＳ７０１）。第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオンし、まだ充電されていない電池回路５１０のうちの１つの電池回路５１０のバイパススイッチ５１２のみをオンにする（ステップＳ７０２）。その後、充電を開始する（ステップＳ７０３）。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation at the time of charging in the third embodiment. All switches of the first switches SW1a to SW1e, the second switches SW2a to SW2e, and the bypass switch 512 are turned off (step S701). The first switches SW1a to SW1e are turned on, and only the bypass switch 512 of one of the
次に、制御部１３は、電池１１１ａ〜１１１ｅの両端電圧を計測する（ステップＳ７０４）。制御部１３は、複数の電池１１１ａ〜１１１ｅのうち予め定めた充電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがあるか否かを判定する（ステップＳ７０５）。充電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがなければ（ステップＳ７０５でＮ）、制御部１３は、何れの電池１１１ａ〜１１１ｅも満充電状態にないと判定し、ステップＳ７０４に戻る。
Next, the
一方、充電終了電圧に達した電池１１１ａ〜１１１ｅがあれば（ステップＳ７０５でＹ）、制御部１３は、その電池１１１ａ〜１１１ｅを満充電状態と判定し、その電池１１１ａ〜１１１ｅに対応する第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオフすると共に、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅをオンする（ステップＳ７０６）。これにより、満充電状態の電池１１１ａ〜１１１ｅの接続は、非接続状態に切り替えられ、充電が停止される。その後、制御部１３は、ステップＳ７０７に進む。
On the other hand, if any of the
ステップＳ７０７において、制御部１３は、バイパススイッチ５１２がオンになっている電池回路５１０のすべての電池１１１ａ〜１１１ｅの充電が停止されてか否か、つまり、バイパススイッチ５１２がオンになっている電池回路５１０の充電が終了したか否かを判定する（Ｓ７０７）。バイパススイッチ５１２がオンになっている電池回路５１０の充電が終了していれば（ステップＳ７０７でＹ）、制御部１３は、ステップＳ７０８に進む。バイパススイッチ５１２がオンになっている電池回路５１０の充電が終了していなければ（ステップＳ７０７でＮ）、再びステップＳ７０４に戻る。
In step S707, the
ステップＳ７０８において、制御部は、すべての電池回路５１０の充電が終了しているか否かを判定する。すべての電池回路５１０の充電が終了していれば（ステップＳ７０８でＹ）、制御部１３は、放電を停止し（Ｓ７０９）、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅ、第２スイッチＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅ、バイパススイッチ５１２のすべてのスイッチをオフにし（ステップＳ７１０）、第１スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅをオンする（ステップＳ７１１）。一方、すべての電池１１１ａ〜１１１ｅの放電が終了していなければ（ステップＳ７０８でＮ）、制御部１３は、再びステップＳ７０１に戻る。
In step S708, the control unit determines whether charging of all
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Note that the present invention is not limited to the above embodiment. That is, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
１ 電池システム
１１ａ〜１１ｅ 電池ユニット
１３ 制御部
１１１ａ〜１１１ｅ 電池
１１２ａ〜１１２ｅ 切替部
Ｃ１ 第１接点
Ｃ２ 第２接点
Ｃ３ 第３接点
ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｅ 第１スイッチ
ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｅ 第２スイッチ
ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｅ 切替スイッチ
５１０ 電池回路
５１１ ダイオード
５１２ バイパススイッチ
５２０ 充電制御部
５３０ 負荷
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電池の蓄電状態を判定し、当該判定された蓄電状態に基づいて、前記切替部を制御する制御部と、を有し、
前記電池ユニットの各々において、前記切替部は、前記正極端と前記負極端の間に前記電池が接続された第１の状態と、前記正極端と前記負極端が前記電池を介さずに接続された第２の状態と、の間で、当該電池ユニットの状態を切り替え、
前記制御部は、前記電池回路群の放電時に、蓄電状態が全放電状態でないと判定された電池を含む電池ユニットの状態が前記第１の状態になり、蓄電状態が全放電状態であると判定された電池を含む電池ユニットの状態が前記第２の状態になるように、前記切替部を制御し、
前記電池回路の各々は、前記電池の放電方向が順方向となるように、前記複数の電池ユニットと直列に接続されたダイオードを有する、電池システム。 A battery circuit group in which a plurality of battery circuits in which a plurality of battery units including a positive electrode, a negative electrode terminal, a battery, and a switching unit are connected in series are connected in parallel,
A control unit that determines the storage state of the battery and controls the switching unit based on the determined storage state,
In each of the battery units, the switching unit is configured such that the battery is connected between the positive terminal and the negative terminal in a first state, and the positive terminal and the negative terminal are connected without passing through the battery. Switching the state of the battery unit between the second state and
The control unit determines that, when the battery circuit group is discharged, the state of the battery unit including the battery whose storage state is determined not to be the full discharge state is the first state, and the storage state is the full discharge state. Controlling the switching unit so that the state of the battery unit including the performed battery becomes the second state;
A battery system, wherein each of the battery circuits includes a diode connected in series with the plurality of battery units such that a discharge direction of the battery is a forward direction.
前記制御部は、前記電池回路群の充電時に、蓄電状態が満充電状態でないと判定された電池を含む電池ユニットの状態が前記第１の状態になり、蓄電状態が満充電状態であると判定された電池を含む電池ユニットの状態が前記第２の状態になるように、前記切替部を制御する、請求項１または２に記載の電池システム。 Each of the plurality of battery circuits further includes a bypass switch connected in parallel with the diode,
The control unit determines that the state of the battery unit including the battery whose storage state is not determined to be the fully charged state is the first state and the storage state is the fully charged state when the battery circuit group is charged. 3. The battery system according to claim 1, wherein the switching unit is controlled such that a state of a battery unit including the discharged battery becomes the second state. 4.
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