WO2013042166A1 - 蓄電システムおよび、蓄電システムの制御方法 - Google Patents

蓄電システムおよび、蓄電システムの制御方法 Download PDF

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power
storage device
relay
system main
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義信 杉山
高橋　秀典
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power storage system that supplies power from an external power source to a power storage device or supplies power from the power storage device to an external device, and a control method for the power storage system.
  • a charger is connected to the power storage device.
  • the power storage device is connected to the motor / generator via a system main relay, and is connected to a charger via a switching relay.
  • a vehicle can be driven by supplying electric power from a power storage device to a motor / generator.
  • the power storage device can be charged by supplying the power from the external power source to the power storage device via the charger.
  • a load can be operated by supplying the electric power of an electrical storage apparatus to an external load through a charger.
  • the power storage system includes a power storage device that performs charging and discharging, a load that operates by receiving power from the power storage device, a charger, and a system main relay that allows connection between the power storage device and the load, And a charging relay that allows connection between the power storage device and the charger.
  • the charger supplies power from the external power source to the power storage device and supplies power from the power storage device to the external device.
  • the system main relay includes a first system main relay, a second system main relay, and a third system main relay.
  • the first system main relay and the second system main relay allow connection between the positive terminal and the negative terminal of the power storage device and the load, respectively.
  • the third system main relay is connected in series with the current limiting resistor and is connected in parallel to the first system main relay together with the current limiting resistor.
  • the charging relay includes a first charging relay, a second charging relay, and a third charging relay.
  • the first charging relay and the second charging relay allow connection between the positive terminal and negative terminal of the power storage device and the charger, respectively.
  • the third charging relay is connected in series with the above-described current limiting resistor, and is connected in parallel to the first charging relay together with the current limiting resistor.
  • the inrush current when a power storage device and a load are connected using a system main relay, the inrush current can be suppressed by using only one current limiting resistor, and a charging relay is used.
  • the inrush current can be suppressed.
  • One end of the charging relay can be connected to the connection line of the power storage device and the system main relay, and the other end of the charging relay can be connected to the charger.
  • one end of the first charging relay can be connected to a connection line of the power storage device and the first system main relay.
  • One end of the second charging relay can be connected to a connection line of the power storage device and the second system main relay.
  • One end of the third charging relay can be connected to the connection line of the current limiting resistor and the third system main relay. The other ends of the first charging relay, the second charging relay, and the third charging relay are connected to the charger.
  • the first charging relay As described above, by arranging the first charging relay, the second charging relay, and the third charging relay, only the charging relay is operated to connect the power storage device and the charger without operating the system main relay. be able to. By not operating the system main relay, it is possible to suppress deterioration associated with the operation of the system main relay. Further, power loss due to current flowing through the system main relay can be suppressed.
  • the charger can include a capacitor that is precharged by receiving power from the power storage device. Thereby, it is possible to suppress the inrush current from flowing through the capacitor using the current limiting resistor.
  • the charger can convert AC power from an external power source into DC power and output the DC power to the power storage device. Thereby, the power storage device can be charged. Further, the charger can convert the DC power from the power storage device into AC power and output the AC power to an external device. Thereby, an external apparatus can be operated using alternating current power. That is, the power storage device used in the power storage system can be used as a power source for external devices.
  • the controller can control the operation of the charging relay.
  • the controller When the controller outputs the power of the power storage device to the charger, the controller switches the second charging relay and the third charging relay from the cut-off state (so-called “off”) to the connected state (so-called “on”), and supplies current to the current limiting resistor. It can flow.
  • the controller can switch the first charging relay from the disconnected state to the connected state and switch the third charging relay from the connected state to the disconnected state after passing a current through the current limiting resistor. Thereby, the connection between the power storage device and the charger can be completed. A current can be passed through the current limiting resistor until charging of the capacitor by the power supply of the power storage device is completed.
  • the controller can control the operation of the system main relay.
  • the controller can switch the second system main relay and the third system main relay from the cut-off state to the connected state, and allow a current to flow through the current limiting resistor.
  • the controller can switch the first system main relay from the disconnected state to the connected state and can switch the third system main relay from the connected state to the disconnected state after passing a current through the current limiting resistor. Thereby, the connection between the power storage device and the load can be completed.
  • a motor / generator that receives electric power from the power storage device and generates kinetic energy used to travel the vehicle can be used.
  • a power storage device can be formed by connecting a plurality of power storage elements in series.
  • the power storage device can include a plurality of power storage elements connected in parallel.
  • the second invention of the present application is a control method for controlling the operation of the power storage system described above.
  • the second system main relay and the third system main relay are switched from the cut-off state to the connected state, and a current flows through the current limiting resistor.
  • the second charging relay and the third charging relay are switched from the cut-off state to the connected state, and a current flows through the current limiting resistor.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the battery system of this example.
  • the battery system of the present embodiment can be mounted on a vehicle.
  • Vehicles include hybrid cars and electric cars.
  • the hybrid vehicle includes an engine or a fuel cell as a power source for running the vehicle, in addition to the assembled battery described later.
  • An electric vehicle includes only an assembled battery as a power source for the vehicle.
  • the assembled battery (corresponding to a power storage device) 10 has a plurality of unit cells (corresponding to power storage elements) 11 connected in series.
  • a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be used.
  • An electric double layer capacitor (capacitor) can be used instead of the secondary battery.
  • the number of the single cells 11 constituting the assembled battery 10 can be set as appropriate based on the required output.
  • the assembled battery 10 may include a plurality of unit cells 11 connected in parallel.
  • the voltage sensor 21 detects the voltage between the terminals of the assembled battery 10 and outputs the detection result to the controller 40.
  • the assembled battery 10 is connected to the boost converter 22 via the positive electrode line PL1 and the negative electrode line NL1.
  • a system main relay SMR-B (corresponding to a second system main relay) is provided in positive electrode line PL1.
  • a system main relay SMR-G (corresponding to a first system main relay) is provided in the negative electrode line NL1.
  • the system main relay SMR-P (corresponding to the third system main relay) and the current limiting resistor R are connected in series and in parallel to the system main relay SMR-G.
  • the current limiting resistor R is used to prevent an inrush current from flowing through a load (for example, a capacitor).
  • System main relays SMR-B, SMR-G, and SMR-P are switched between ON (corresponding to a connected state) and OFF (corresponding to a disconnected state) in response to a control signal from controller 40.
  • Boost converter 22 boosts the output voltage of battery pack 10 and outputs the boosted power to inverter 23. Further, boost converter 22 steps down the output voltage of inverter 23 and outputs the reduced power to assembled battery 10.
  • the step-up converter 22 can be constituted by a chopper circuit, for example. Boost converter 22 operates in response to a control signal from controller 40.
  • the inverter 23 converts the DC power output from the boost converter 22 into AC power, and outputs the AC power to the motor generator (MG) 24.
  • MG motor generator
  • a three-phase AC motor can be used as the motor / generator 24.
  • the inverter 23 converts the AC power output from the motor / generator 24 into DC power and outputs the DC power to the boost converter 22.
  • the motor / generator 24 receives AC power from the inverter 23 and generates kinetic energy for running the vehicle.
  • the motor / generator 24 is connected to wheels, and the kinetic energy generated by the motor / generator 24 is transmitted to the wheels.
  • the motor generator 24 converts kinetic energy generated during braking of the vehicle into electric energy (AC power).
  • the AC power generated by the motor / generator 24 is output to the inverter 23. Thereby, regenerative electric power can be stored in the assembled battery 10.
  • the boost converter 22 is used, but the boost converter 22 may be omitted. That is, the assembled battery 10 can be connected to the inverter 23.
  • the charger 30 is connected to the assembled battery 10 via the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL2.
  • the charger 30 converts AC power supplied from an external power source into DC power, and outputs the DC power to the assembled battery 10. Thereby, the assembled battery 10 can be charged using the electric power of an external power supply.
  • the external power source is a power source provided separately from the vehicle outside the vehicle. As the external power source, for example, a commercial power source can be used.
  • the charger 30 can convert the DC power supplied from the assembled battery 10 into AC power and output the AC power to an external device. Thereby, an external apparatus can be operated using the electric power of the assembled battery 10. For example, the charger 30 can output an AC voltage of 100 [V] to an external device.
  • An external device is a device provided separately from the vehicle outside the vehicle. An example of the external device is a home appliance.
  • the negative electrode line NL2 is provided with a charging relay CHR1 (corresponding to a first charging relay).
  • the positive line PL2 is provided with a charging relay CHR2 (corresponding to a second charging relay).
  • One end of the charging relay CHR1 is connected to the negative electrode terminal of the assembled battery 10 and the connection line (negative electrode line NL1) of the system main relay SMR-G.
  • the other end of the charging relay CHR1 is connected to the charger 30.
  • One end of charging relay CHR2 is connected to the positive terminal of assembled battery 10 and the connection line (positive line PL1) of system main relay SMR-B.
  • the other end of the charging relay CHR2 is connected to the charger 30.
  • One end of the charging relay CHR3 (corresponding to the third charging relay) is connected to the connection line of the current limiting resistor R and the system main relay SMR-P.
  • the other end of the charging relay CHR3 is connected to the charger 30.
  • the charging relay CHR3 and the current limiting resistor R are connected in series and are connected in parallel to the charging relay CHR1.
  • Charging relays CHR1, CHR2, and CHR3 are switched between ON (corresponding to a connected state) and OFF (corresponding to a cut-off state) in response to a control signal from controller 40.
  • the charger 30 has a capacitor C.
  • Capacitor C is used to smooth voltage fluctuations between positive electrode line PL2 and negative electrode line NL2.
  • the voltage sensor 31 detects the voltage of the capacitor C and outputs the detection result to the controller 40.
  • FIG. 2 is executed by the controller 40.
  • the system main relays SMR-B, SMR-G, and SMR-P are off.
  • the charging relays CHR1, CHR2, and CHR3 are off.
  • step S101 the controller 40 determines whether or not the ignition switch of the vehicle has been switched from OFF to ON. Information relating to turning on and off the ignition switch is input to the controller 40. When the ignition switch is switched from OFF to ON, the process proceeds to step S102. If the ignition switch is off, this process is terminated.
  • step S102 the controller 40 switches the system main relays SMR-B and SMR-P from off to on.
  • a current flows through the current limiting resistor R, and an inrush current can be prevented from flowing through a load (for example, a capacitor not shown).
  • a capacitor (not shown) can be used to smooth voltage fluctuations between the positive electrode line PL1 and the negative electrode line NL1.
  • step S103 the controller 40 switches the system main relay SMR-G from off to on.
  • step S104 the controller 40 switches the system main relay SMR-P from on to off. Thereby, the connection between the assembled battery 10 and the boost converter 22 is completed.
  • step S105 the controller 40 controls charging / discharging of the assembled battery 10.
  • the controller 40 allows the vehicle to travel using the output of the assembled battery 10 by allowing the assembled battery 10 to discharge.
  • the controller 40 can store the regenerative power in the assembled battery 10 by allowing the assembled battery 10 to be charged.
  • the charge / discharge control of the assembled battery 10 is performed based on the voltage of the assembled battery 10 (detection voltage of the voltage sensor 21), the charge / discharge current flowing through the assembled battery 10, the temperature of the assembled battery 10, and the like.
  • the controller 40 can control charging / discharging of the assembled battery 10 so that the voltage of the assembled battery 10 changes within a range of preset upper limit voltage and lower limit voltage.
  • the connection between the battery pack 10 and the boost converter 22 is cut off. Specifically, the controller 40 switches the system main relays SMR-B and SMR-G from on to off.
  • the process shown in FIG. 3 is executed by the controller 40.
  • the process shown in FIG. 3 is a process for outputting the power of the assembled battery 10 to an external device.
  • the charging relays CHR1, CHR2, and CHR3 are off.
  • System main relays SMR-B, SMR-G, and SMR-P are off.
  • step S201 the controller 40 determines whether or not there is a power generation request.
  • Information regarding the power generation request is input to the controller 40.
  • a power generation request can be made by providing a switch (not shown) for starting power supply from the assembled battery 10.
  • information related to the power generation request here, the switch is turned on
  • the process proceeds to step S202, and if not, this process ends.
  • step S202 the controller 40 determines whether or not the charging relays CHR1 and CHR2 are off.
  • the controller 40 can determine whether or not the charging relays CHR1 and CHR2 are off based on the output of the voltage sensor 31.
  • the controller 40 can determine whether or not the charging relays CHR1 and CHR2 are off by monitoring the output of the voltage sensor 31. If charging relays CHR1 and CHR2 are off, the process proceeds to step S203, and if not, this process ends.
  • step S203 the controller 40 determines whether or not an abnormality has occurred in the assembled battery 10 and the charger 30. For example, the controller 40 checks the voltage of the assembled battery 10 based on the output of the voltage sensor 21. When the controller 40 determines that the assembled battery 10 is in an overcharged state or an overdischarged state based on the voltage of the assembled battery 10, the controller 40 determines that the assembled battery 10 is abnormal.
  • the controller 40 checks the voltage of the capacitor C based on the output of the voltage sensor 31. When the voltage of the capacitor C shows an abnormal value, the controller 40 determines that the charger 30 is in an abnormal state.
  • the process performed in step S203 is not limited to the process described above. That is, it is only necessary to determine whether or not power can be normally supplied when the power of the assembled battery 10 is supplied to an external device via the charger 30. If an abnormality has occurred in the assembled battery 10 or the charger 30, the process proceeds to step S204, and if not, the process proceeds to step S205.
  • step S204 the controller 40 notifies the user or the like that an abnormality has occurred.
  • This notification only needs to be recognizable by the user's vision or hearing.
  • information indicating that an abnormality has occurred can be output using a speaker.
  • information indicating that an abnormality has occurred can be displayed on the display.
  • step S205 the controller 40 switches the charging relays CHR2 and CHR3 from off to on. Thereby, a current flows from the assembled battery 10 to the capacitor C of the charger 30, and the capacitor C is precharged. When a current flows through the capacitor C, a current flows through the current limiting resistor R, so that an inrush current can be prevented from flowing through the capacitor C.
  • step S206 the controller 40 determines whether or not the precharging of the capacitor C is completed based on the outputs of the voltage sensors 21 and 31. Specifically, when the voltage value of the capacitor C reaches the voltage value of the assembled battery 10, the controller 40 determines that the precharge of the capacitor C has been completed. The controller 40 monitors the voltage of the capacitor C based on the output of the voltage sensor 31 and also monitors the voltage of the assembled battery 10 based on the output of the voltage sensor 21.
  • step S207 If the precharge of the capacitor C has been completed, the process proceeds to step S207. If the precharge of the capacitor C is not completed, the process returns to step S205.
  • step S207 the controller 40 switches the charging relay CHR1 from off to on.
  • step S208 the controller 40 switches the charging relay CHR3 from on to off. Thereby, connection of the assembled battery 10 and the charger 30 is completed, and the electric power of the assembled battery 10 can be output to an external device via the charger 30.
  • the controller 40 switches the charging relays CHR1 and CHR2 from off to on.
  • on / off switching of the charging relays CHR1, CHR2, and CHR3 can be performed in the same manner as the processing described in FIG.
  • the assembled battery 10 and the charger 30 can be connected, and power from an external power source can be supplied to the assembled battery 10 via the charger 30.
  • the current limiting resistor R is used to prevent an inrush current from flowing when the assembled battery 10 and the boost converter 22 are connected. Moreover, the current limiting resistor R is used to prevent an inrush current from flowing when the assembled battery 10 and the charger 30 are connected.
  • one end of the charging relay CHR2 is connected to the positive terminal of the assembled battery 10 and the connection line (positive line PL1) of the system main relay SMR-B, but the present invention is not limited to this.
  • one end of charging relay CHR2 can be connected to a connection line (positive line PL1) of system main relay SMR-B and boost converter 22. In this case, when connecting the assembled battery 10 and the charger 30, the system main relay SMR-B needs to be turned on.
  • one end of the charging relay CHR3 is connected to the connection line of the current limiting resistor R and the system main relay SMR-P, but the present invention is not limited to this.
  • one end of charging relay CHR3 can be connected to the connection line of system main relay SMR-P and boost converter 22. In this case, when connecting the assembled battery 10 and the charger 30, the system main relay SMR-P needs to be turned on.
  • the charging relay CHR2 is connected to the connection line (positive line PL1) of the assembled battery 10 and the system main relay SMR-B, and the charging relay CHR1 is connected to the assembled battery 10 and the system main relay SMR-G. (Negative electrode line NL1).
  • the charging relay CHR3 is connected to the connection line of the assembled battery 10 and the system main relay SMR-P.
  • the system main relays SMR-B, SMR-G, and SMR-P are not deteriorated by not operating the system main relays SMR-B, SMR-G, and SMR-P. Can be suppressed.
  • the system main relays SMR-B, SMR-G, and SMR-P deteriorate as the number of on / off switching operations increases. By reducing the switching operation of the system main relays SMR-B, SMR-G, and SMR-P, the deterioration of the system main relays SMR-B, SMR-G, and SMR-P can be suppressed.

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Abstract

【課題】　部品点数（電流制限抵抗の数）の増加を抑制する。 【解決手段】　蓄電システムにおいて、充電器は、外部電源からの電力を蓄電装置に供給するとともに、蓄電装置の電力を外部機器に供給する。第１システムメインリレーおよび第２システムメインリレーは、蓄電装置の正極端子および負極端子と負荷との接続をそれぞれ許容する。第３システムメインリレーは、電流制限抵抗と直列に接続されるとともに、電流制限抵抗とともに第１システムメインリレーに並列に接続される。第１充電リレーおよび第２充電リレーは、蓄電装置の正極端子および負極端子と充電器との接続をそれぞれ許容する。第３充電リレーは、上述した電流制限抵抗と直列に接続されるとともに、電流制限抵抗とともに第１充電リレーに並列に接続される。

Description

蓄電システムおよび、蓄電システムの制御方法
　本発明は、外部電源の電力を蓄電装置に供給したり、蓄電装置の電力を外部機器に供給したりする蓄電システムと、この蓄電システムの制御方法に関する。
　特許文献１に記載のシステムでは、蓄電装置に充電器が接続されている。蓄電装置は、システムメインリレーを介して、モータ・ジェネレータに接続されているとともに、切替リレーを介して、充電器と接続されている。
　特許文献１に記載のシステムでは、蓄電装置の電力をモータ・ジェネレータに供給することにより、車両を走行させることができる。外部電源の電力を、充電器を介して蓄電装置に供給することにより、蓄電装置を充電することができる。また、蓄電装置の電力を、充電器を介して外部の負荷に供給することにより、負荷を動作させることができる。
特開２０１０－２５９２７４号公報
　特許文献１に記載のシステムにおいて、システムメインリレーをオンにして、蓄電装置およびモータ・ジェネレータを接続するとき、突入電流が流れるのを防止するために、抵抗（電流制限抵抗という）に電流を流す必要がある。また、切替リレーをオンにして、蓄電装置の電力を充電器に供給するとき、突入電流が流れるのを防止するために、電流制限抵抗に電流を流す必要がある。これにより、少なくとも２つの電流制限抵抗を設ける必要がある。
　本願第１の発明である蓄電システムは、充放電を行う蓄電装置と、蓄電装置からの電力を受けて動作する負荷と、充電器と、蓄電装置および負荷の接続を許容するシステムメインリレーと、蓄電装置および充電器の接続を許容する充電リレーと、を有する。充電器は、外部電源からの電力を蓄電装置に供給するとともに、蓄電装置の電力を外部機器に供給する。
　システムメインリレーは、第１システムメインリレー、第２システムメインリレーおよび第３システムメインリレーを含む。第１システムメインリレーおよび第２システムメインリレーは、蓄電装置の正極端子および負極端子と負荷との接続をそれぞれ許容する。第３システムメインリレーは、電流制限抵抗と直列に接続されるとともに、電流制限抵抗とともに第１システムメインリレーに並列に接続される。
　充電リレーは、第１充電リレー、第２充電リレーおよび第３充電リレーを含む。第１充電リレーおよび第２充電リレーは、蓄電装置の正極端子および負極端子と充電器との接続をそれぞれ許容する。第３充電リレーは、上述した電流制限抵抗と直列に接続されるとともに、電流制限抵抗とともに第１充電リレーに並列に接続される。
　本願第１の発明によれば、１つの電流制限抵抗を用いるだけで、システムメインリレーを用いて蓄電装置および負荷を接続するときに、突入電流が流れるのを抑制できるとともに、充電リレーを用いて蓄電装置および充電器を接続するときに、突入電流が流れるのを抑制することができる。このように、１つの電流制限抵抗に対して、２つの機能を持たせることにより、部品点数を低減でき、コストを低減することができる。
　充電リレーの一端を、蓄電装置およびシステムメインリレーの接続ラインに接続し、充電リレーの他端を、充電器に接続することができる。具体的には、第１充電リレーの一端は、蓄電装置および第１システムメインリレーの接続ラインに接続することができる。第２充電リレーの一端は、蓄電装置および第２システムメインリレーの接続ラインに接続することができる。第３充電リレーの一端は、電流制限抵抗および第３システムメインリレーの接続ラインに接続することができる。第１充電リレー、第２充電リレーおよび第３充電リレーにおける他端は、充電器に接続される。
　このように、第１充電リレー、第２充電リレーおよび第３充電リレーを配置することにより、システムメインリレーを動作させなくても、充電リレーだけを動作させて、蓄電装置および充電器を接続することができる。システムメインリレーを動作させないことにより、システムメインリレーの動作に伴う劣化を抑制することができる。また、システムメインリレーに電流が流れることによる電力損失を抑制することができる。
　充電器には、蓄電装置からの電力を受けてプリチャージされるコンデンサを含めることができる。これにより、電流制限抵抗を用いて、コンデンサに突入電流が流れるのを抑制することができる。
　充電器は、外部電源からの交流電力を直流電力に変換して、直流電力を蓄電装置に出力することができる。これにより、蓄電装置を充電することができる。また、充電器は、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して、交流電力を外部機器に出力することができる。これにより、交流電力を用いて、外部機器を動作させることができる。すなわち、蓄電システムで用いられる蓄電装置を、外部機器の電源として用いることができる。
　コントローラは、充電リレーの動作を制御することができる。コントローラは、蓄電装置の電力を充電器に出力するとき、第２充電リレーおよび第３充電リレーを遮断状態（いわゆる、オフ）から接続状態（いわゆる、オン）に切り替えて、電流制限抵抗に電流を流すことができる。コントローラは、電流制限抵抗に電流を流した後に、第１充電リレーを遮断状態から接続状態に切り替えるとともに、第３充電リレーを接続状態から遮断状態に切り替えることができる。これにより、蓄電装置および充電器の接続を完了させることができる。蓄電装置の電力供給によるコンデンサの充電が完了するまで、電流制限抵抗に電流を流すことができる。
　コントローラは、システムメインリレーの動作を制御することができる。コントローラは、蓄電装置の電力を負荷に出力するとき、第２システムメインリレーおよび第３システムメインリレーを遮断状態から接続状態に切り替えて、電流制限抵抗に電流を流すことができる。コントローラは、電流制限抵抗に電流を流した後に、第１システムメインリレーを遮断状態から接続状態に切り替えるとともに、第３システムメインリレーを接続状態から遮断状態に切り替えることができる。これにより、蓄電装置および負荷の接続を完了させることができる。
　負荷としては、蓄電装置からの電力を受けて、車両の走行に用いられる運動エネルギを生成するモータ・ジェネレータを用いることができる。複数の蓄電素子を直列に接続することにより、蓄電装置を構成することができる。蓄電装置には、並列に接続された複数の蓄電素子を含めることができる。
　本願第２の発明は、上述した蓄電システムの動作を制御する制御方法である。蓄電装置の電力を負荷に出力するとき、第２システムメインリレーおよび第３システムメインリレーを遮断状態から接続状態に切り替えて、電流制限抵抗に電流を流す。蓄電装置の電力を充電器に出力するとき、第２充電リレーおよび第３充電リレーを遮断状態から接続状態に切り替えて、電流制限抵抗に電流を流す。
　本願第２の発明によれば、蓄電装置の電力を負荷に出力するときと、蓄電装置の電力を充電器に出力するときにおいて、１つの電流制限抵抗に電流を流すことができる。これにより、電流制限抵抗の増加を抑制して、コストを低減することができる。
電池システムの構成を示す図である。 組電池を昇圧コンバータと接続するときの動作を示すフローチャートである。 組電池を充電器と接続するときの動作を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施例について説明する。
　本発明の実施例１である電池システムについて説明する。図１は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載することができる。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。電気自動車は、車両の動力源として、組電池だけを備えている。
　組電池（蓄電装置に相当する）１０は、直列に接続された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１１を有する。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。組電池１０を構成する単電池１１の数は、要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。また、組電池１０は、並列に接続された複数の単電池１１を含んでいてもよい。
　電圧センサ２１は、組電池１０の端子間電圧を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。組電池１０は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１を介して昇圧コンバータ２２と接続されている。正極ラインＰＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ（第２システムメインリレーに相当する）が設けられている。負極ラインＮＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ－Ｇ（第１システムメインリレーに相当する）が設けられている。
　システムメインリレーＳＭＲ－Ｐ（第３システムメインリレーに相当する）および電流制限抵抗Ｒは、直列に接続されているとともに、システムメインリレーＳＭＲ－Ｇに対して並列に接続されている。電流制限抵抗Ｒは、負荷（例えば、コンデンサ）に突入電流が流れるのを阻止するために用いられる。システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐは、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オン（接続状態に相当する）およびオフ（遮断状態に相当する）の間で切り替わる。
　昇圧コンバータ２２は、組電池１０の出力電圧を昇圧して、昇圧後の電力をインバータ２３に出力する。また、昇圧コンバータ２２は、インバータ２３の出力電圧を降圧して、降圧後の電力を組電池１０に出力する。昇圧コンバータ２２は、例えば、チョッパ回路で構成することができる。昇圧コンバータ２２は、コントローラ４０からの制御信号を受けて動作する。
　インバータ２３は、昇圧コンバータ２２から出力された直流電力を交流電力に変換して、交流電力をモータ・ジェネレータ（ＭＧ）２４に出力する。モータ・ジェネレータ２４としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。また、インバータ２３は、モータ・ジェネレータ２４から出力された交流電力を直流電力に変換して、直流電力を昇圧コンバータ２２に出力する。
　モータ・ジェネレータ２４は、インバータ２３からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２４は、車輪と接続されており、モータ・ジェネレータ２４によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ２４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。モータ・ジェネレータ２４によって生成された交流電力は、インバータ２３に出力される。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。
　本実施例の電池システムでは、昇圧コンバータ２２を用いているが、昇圧コンバータ２２を省略することもできる。すなわち、組電池１０をインバータ２３と接続することができる。
　充電器３０は、正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ２を介して、組電池１０と接続されている。充電器３０は、外部電源から供給された交流電力を直流電力に変換して、直流電力を組電池１０に出力する。これにより、外部電源の電力を用いて、組電池１０を充電することができる。外部電源とは、車両の外部において、車両とは別に設けられた電源である。外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。
　充電器３０は、組電池１０から供給された直流電力を交流電力に変換して、交流電力を外部機器に出力することができる。これにより、組電池１０の電力を用いて、外部機器を動作させることができる。充電器３０は、例えば、１００［Ｖ］の交流電圧を外部機器に出力することができる。外部機器とは、車両の外部において、車両とは別に設けられた機器である。外部機器としては、例えば、家電製品がある。
　負極ラインＮＬ２には、充電リレーＣＨＲ１（第１充電リレーに相当する）が設けられている。正極ラインＰＬ２には、充電リレーＣＨＲ２（第２充電リレーに相当する）が設けられている。充電リレーＣＨＲ１の一端は、組電池１０の負極端子およびシステムメインリレーＳＭＲ－Ｇの接続ライン（負極ラインＮＬ１）と接続されている。充電リレーＣＨＲ１の他端は、充電器３０と接続されている。充電リレーＣＨＲ２の一端は、組電池１０の正極端子およびシステムメインリレーＳＭＲ－Ｂの接続ライン（正極ラインＰＬ１）と接続されている。充電リレーＣＨＲ２の他端は、充電器３０と接続されている。
　充電リレーＣＨＲ３（第３充電リレーに相当する）の一端は、電流制限抵抗ＲおよびシステムメインリレーＳＭＲ－Ｐの接続ラインに接続されている。充電リレーＣＨＲ３の他端は、充電器３０と接続されている。充電リレーＣＨＲ３および電流制限抵抗Ｒは、直列に接続されているとともに、充電リレーＣＨＲ１に対して並列に接続されている。充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２，ＣＨＲ３は、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オン（接続状態に相当する）およびオフ（遮断状態に相当する）の間で切り替わる。
　充電器３０は、コンデンサＣを有する。コンデンサＣは、正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ２の間における電圧変動を平滑化するために用いられる。電圧センサ３１は、コンデンサＣの電圧を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。
　次に、組電池１０を昇圧コンバータ２２と接続するときの処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。図２に示す処理は、コントローラ４０によって実行される。図２に示す処理を開始するとき、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐは、オフである。また、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２，ＣＨＲ３は、オフである。
　ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったか否かを判別する。イグニッションスイッチのオンおよびオフに関する情報は、コントローラ４０に入力される。イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、ステップＳ１０２の処理に進む。イグニッションスイッチがオフであれば、本処理を終了する。
　ステップＳ１０２において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｐをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗Ｒに電流が流れ、負荷（例えば、不図示のコンデンサ）に突入電流が流れるのを阻止することができる。不図示のコンデンサは、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１の間における電圧変動を平滑化するために用いることができる。
　ステップＳ１０３において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ－Ｇをオフからオンに切り替える。ステップＳ１０４において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ－Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０および昇圧コンバータ２２の接続が完了する。
　ステップＳ１０５において、コントローラ４０は、組電池１０の充放電を制御する。コントローラ４０は、組電池１０の放電を許容することにより、組電池１０の出力を用いて、車両を走行させることができる。コントローラ４０は、組電池１０の充電を許容することにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。
　組電池１０の充放電制御は、組電池１０の電圧（電圧センサ２１の検出電圧）、組電池１０に流れる充放電電流、組電池１０の温度などに基づいて行われる。例えば、組電池１０の電圧が、予め設定された上限電圧および下限電圧の範囲内で変化するように、コントローラ４０は、組電池１０の充放電を制御することができる。
　イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったときには、組電池１０および昇圧コンバータ２２の接続が遮断される。具体的には、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇをオンからオフに切り替える。
　次に、組電池１０を充電器３０と接続するときの処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３に示す処理は、コントローラ４０によって実行される。図３に示す処理は、組電池１０の電力を外部機器に出力するときの処理である。図３に示す処理を開始するとき、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２，ＣＨＲ３は、オフである。また、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐは、オフである。
　ステップＳ２０１において、コントローラ４０は、発電要求があるか否かを判別する。発電要求に関する情報は、コントローラ４０に入力される。例えば、組電池１０からの電力供給を開始させるためのスイッチ（図示せず）を設けることにより、発電要求を行うことができる。ユーザがスイッチを操作することにより、発電要求に関する情報（ここでは、スイッチのオン）が、コントローラ４０に入力される。発電要求があれば、ステップＳ２０２の処理に進み、そうでなければ、本処理を終了する。
　ステップＳ２０２において、コントローラ４０は、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２がオフであるか否かを判別する。コントローラ４０は、電圧センサ３１の出力に基づいて、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２がオフであるか否かを判別することができる。
　充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２がオンであれば、組電池１０からコンデンサＣに電流がながれ、コンデンサＣが充電される。このため、コントローラ４０は、電圧センサ３１の出力を監視することにより、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２がオフであるか否かを判別することができる。充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２がオフであれば、ステップＳ２０３の処理に進み、そうでなければ、本処理を終了する。
　ステップＳ２０３において、コントローラ４０は、組電池１０および充電器３０において、異常が発生していないか否かを判別する。例えば、コントローラ４０は、電圧センサ２１の出力に基づいて、組電池１０の電圧をチェックする。コントローラ４０は、組電池１０の電圧に基づいて、組電池１０が過充電状態又は過放電状態であると判別したときには、組電池１０が異常であると判別する。
　コントローラ４０は、電圧センサ３１の出力に基づいて、コンデンサＣの電圧をチェックする。コンデンサＣの電圧が異常値を示すとき、コントローラ４０は、充電器３０が異常状態であると判別する。ステップＳ２０３で行われる処理は、上述した処理に限るものではない。すなわち、組電池１０の電力を、充電器３０を介して外部機器に供給するときに、正常に電力を供給できるか否かを判別すればよい。組電池１０や充電器３０に異常が発生しているときには、ステップＳ２０４の処理に進み、そうでなければ、ステップＳ２０５の処理に進む。
　ステップＳ２０４において、コントローラ４０は、ユーザなどに対して異常が発生していることを通知する。この通知は、ユーザの視覚又は聴覚で認識できるものであればよい。例えば、スピーカを用いて、異常が発生していることを示す情報を出力することができる。また、異常が発生していることを示す情報を、ディスプレイに表示させることができる。
　ステップＳ２０５において、コントローラ４０は、充電リレーＣＨＲ２，ＣＨＲ３をオフからオンに切り替える。これにより、組電池１０から充電器３０のコンデンサＣに電流が流れ、コンデンサＣがプリチャージされる。コンデンサＣに電流が流れるときには、電流制限抵抗Ｒに電流が流れるため、コンデンサＣに突入電流が流れるのを阻止することができる。
　ステップＳ２０６において、コントローラ４０は、電圧センサ２１，３１の出力に基づいて、コンデンサＣのプリチャージが完了したか否かを判別する。具体的には、コンデンサＣの電圧値が組電池１０の電圧値に到達したとき、コントローラ４０は、コンデンサＣのプリチャージが完了したと判別する。コントローラ４０は、電圧センサ３１の出力に基づいて、コンデンサＣの電圧を監視するとともに、電圧センサ２１の出力に基づいて、組電池１０の電圧を監視する。
　コンデンサＣのプリチャージが完了していれば、ステップＳ２０７の処理に進む。コンデンサＣのプリチャージが完了していなければ、ステップＳ２０５の処理に戻る。
　ステップＳ２０７において、コントローラ４０は、充電リレーＣＨＲ１をオフからオンに切り替える。ステップＳ２０８において、コントローラ４０は、充電リレーＣＨＲ３をオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０および充電器３０の接続が完了し、組電池１０の電力を、充電器３０を介して、外部機器に出力することができる。
　外部電源からの電力を組電池１０に供給するとき、コントローラ４０は、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオフからオンに切り替える。ここで、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２，ＣＨＲ３のオン／オフの切り替えは、図３で説明した処理と同様に行うことができる。充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンにすることにより、組電池１０および充電器３０を接続することができ、外部電源からの電力を、充電器３０を介して、組電池１０に供給することができる。
　本実施例の電池システムにおいて、電流制限抵抗Ｒは、組電池１０および昇圧コンバータ２２を接続するときに、突入電流が流れるのを防止するために用いられる。しかも、電流制限抵抗Ｒは、組電池１０および充電器３０を接続するときに、突入電流が流れるのを防止するために用いられる。１つの電流制限抵抗Ｒに対して、２つの機能を持たせることにより、部品点数を低減でき、コストダウンを図ることができる。
　本実施例では、充電リレーＣＨＲ２の一端が、組電池１０の正極端子およびシステムメインリレーＳＭＲ－Ｂの接続ライン（正極ラインＰＬ１）に接続されているが、これに限るものではない。例えば、充電リレーＣＨＲ２の一端を、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂおよび昇圧コンバータ２２の接続ライン（正極ラインＰＬ１）に接続することができる。この場合には、組電池１０および充電器３０を接続するときに、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂをオンにしておく必要がある。
　本実施例では、充電リレーＣＨＲ３の一端が、電流制限抵抗ＲおよびシステムメインリレーＳＭＲ－Ｐの接続ラインに接続されているが、これに限るものではない。例えば、充電リレーＣＨＲ３の一端を、システムメインリレーＳＭＲ－Ｐおよび昇圧コンバータ２２の接続ラインに接続することができる。この場合には、組電池１０および充電器３０を接続するときに、システムメインリレーＳＭＲ－Ｐをオンにしておく必要がある。
　上述したように、組電池１０および充電器３０を接続するときに、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２，ＣＨＲ３だけでなく、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｐを動作させることができる。一方、本実施例のように、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２，ＣＨＲ３を配置すれば、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｐを動作させる必要は無くなる。
　本実施例では、充電リレーＣＨＲ２が、組電池１０およびシステムメインリレーＳＭＲ－Ｂの接続ライン（正極ラインＰＬ１）に接続され、充電リレーＣＨＲ１が、組電池１０およびシステムメインリレーＳＭＲ－Ｇの接続ライン（負極ラインＮＬ１）に接続されている。また、充電リレーＣＨＲ３が、組電池１０およびシステムメインリレーＳＭＲ－Ｐの接続ラインに接続されている。このように構成することで、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐを動作させずに、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２，ＣＨＲ３を動作させるだけで、組電池１０および充電器３０を接続することができる。
　組電池１０および充電器３０を接続するときに、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐを動作させないことにより、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐの劣化を抑制することができる。システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐは、オンおよびオフの切り替え動作の回数が増えるほど、劣化してしまう。システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐの切り替え動作を低減することにより、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐの劣化を抑制することができる。
　また、組電池１０および充電器３０を接続するとき、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐに電流を流すと、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐの抵抗によって、電力損失が発生してしまう。本実施例のように、組電池１０および充電器３０を接続するときに、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇ，ＳＭＲ－Ｐを動作させなければ、電力損失を抑制することができる。

Claims (14)

  1. 　充放電を行う蓄電装置と、
    　前記蓄電装置からの電力を受けて動作する負荷と、
    　外部電源からの電力を前記蓄電装置に供給するとともに、前記蓄電装置の電力を外部機器に供給する充電器と、
    　前記蓄電装置および前記負荷の接続を許容するシステムメインリレーと、
    　前記蓄電装置および前記充電器の接続を許容する充電リレーと、を有し、
    　前記システムメインリレーは、前記蓄電装置の正極端子および負極端子と前記負荷との接続をそれぞれ許容する第１システムメインリレーおよび第２システムメインリレーと、電流制限抵抗と直列に接続されるとともに、前記電流制限抵抗とともに前記第１システムメインリレーに並列に接続される第３システムメインリレーと、を含み、
    　前記充電リレーは、前記蓄電装置の正極端子および負極端子と前記充電器との接続をそれぞれ許容する第１充電リレーおよび第２充電リレーと、前記電流制限抵抗と直列に接続されるとともに、前記電流制限抵抗とともに前記第１充電リレーに並列に接続される第３充電リレーと、を含む、
    ことを特徴とする蓄電システム。
  2. 　前記充電リレーの一端は、前記蓄電装置および前記システムメインリレーの接続ラインに接続され、前記充電リレーの他端は、前記充電器に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
  3. 　前記第３充電リレーの一端は、前記電流制限抵抗および前記第３システムメインリレーの接続ラインに接続され、前記第３充電リレーの他端は、前記充電器に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
  4. 　前記充電器は、前記蓄電装置からの電力を受けてプリチャージされるコンデンサを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  5. 　前記充電器は、前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換して、直流電力を前記蓄電装置に出力するとともに、前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して、交流電力を前記外部機器に出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  6. 　前記充電リレーの動作を制御するコントローラを有しており、
    　前記コントローラは、前記蓄電装置の電力を前記充電器に出力するとき、前記第２充電リレーおよび前記第３充電リレーを遮断状態から接続状態に切り替えて、前記電流制限抵抗に電流を流すことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  7. 　前記コントローラは、前記電流制限抵抗に電流を流した後に、前記第１充電リレーを遮断状態から接続状態に切り替えるとともに、前記第３充電リレーを接続状態から遮断状態に切り替えることを特徴とする請求項６に記載の蓄電システム。
  8. 　前記充電器は、コンデンサを含んでおり、
    　前記コントローラは、前記蓄電装置の電力供給による前記コンデンサの充電が完了するまで、前記電流制限抵抗に電流を流すことを特徴とする請求項６又は７に記載の蓄電システム。
  9. 　前記システムメインリレーの動作を制御するコントローラを有しており、
    　前記コントローラは、前記蓄電装置の電力を前記負荷に出力するとき、前記第２システムメインリレーおよび前記第３システムメインリレーを遮断状態から接続状態に切り替えて、前記電流制限抵抗に電流を流すことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  10. 　前記負荷は、前記蓄電装置からの電力を受けて、車両の走行に用いられる運動エネルギを生成するモータ・ジェネレータであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  11. 　前記蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電素子を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  12. 　蓄電システムの動作を制御する制御方法であって、
    　前記蓄電システムは、
    　充放電を行う蓄電装置と、
    　前記蓄電装置からの電力を受けて動作する負荷と、
    　外部電源からの電力を前記蓄電装置に供給するとともに、前記蓄電装置の電力を外部機器に供給する充電器と、
    　前記蓄電装置および前記負荷の接続を許容するシステムメインリレーと、
    　前記蓄電装置および前記充電器の接続を許容する充電リレーと、を有し、
    　前記システムメインリレーは、前記蓄電装置の正極端子および負極端子と前記負荷との接続をそれぞれ許容する第１システムメインリレーおよび第２システムメインリレーと、電流制限抵抗と直列に接続されるとともに、前記電流制限抵抗とともに前記第１システムメインリレーに並列に接続される第３システムメインリレーと、を含み、
    　前記充電リレーは、前記蓄電装置の正極端子および負極端子と前記充電器との接続をそれぞれ許容する第１充電リレーおよび第２充電リレーと、前記電流制限抵抗と直列に接続されるとともに、前記電流制限抵抗とともに前記第１充電リレーに並列に接続される第３充電リレーと、を含んでおり、
    　前記蓄電装置の電力を前記負荷に出力するとき、前記第２システムメインリレーおよび前記第３システムメインリレーを遮断状態から接続状態に切り替えて、前記電流制限抵抗に電流を流し、
    　前記蓄電装置の電力を前記充電器に出力するとき、前記第２充電リレーおよび前記第３充電リレーを遮断状態から接続状態に切り替えて、前記電流制限抵抗に電流を流す、
    ことを特徴とする制御方法。
  13. 　前記蓄電装置の電力を前記充電器に出力するとき、前記電流制限抵抗に電流を流した後に、前記第１充電リレーを遮断状態から接続状態に切り替えるとともに、前記第３充電リレーを接続状態から遮断状態に切り替えることを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
  14. 　前記充電器は、コンデンサを含んでおり、
    　前記蓄電装置の電力を前記充電器に出力するとき、前記蓄電装置の電力供給による前記コンデンサの充電が完了するまで、前記電流制限抵抗に電流を流すことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の制御方法。
     
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