特開 2022-113030 二次電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022113030

(43)【公開日】2022-08-03

(54)【発明の名称】二次電池システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20220727BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20220727BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20220727BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20220727BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 K

H02J7/10 B

H02J7/10 H

H01M10/48 P

H01M10/44 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021009121

(22)【出願日】2021-01-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】広瀬 慎司

(72)【発明者】

【氏名】林 紀佳

(72)【発明者】

【氏名】三宅 圭二

(72)【発明者】

【氏名】家岡 昇一

(72)【発明者】

【氏名】前 伸一

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA05

5G503BB01

5G503BB02

5G503CA14

5H030AA10

5H030AS08

5H030BB01

5H030BB03

5H030BB21

5H030FF42

5H030FF43

(57)【要約】

【課題】複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる二次電池システムにおいて、二次電池システムと充電器とをつなぐ充電ケーブルの重量化を抑制しつつ、複数の二次電池の各電圧のばらつきが大きくなることを抑制する。
【解決手段】定電流充電制御後の定電圧充電制御中において、複数の二次電池Ｂに流れる電流が、一定電流を二次電池Ｂの個数で除算した値である切替電流以下になると、複数の二次電池Ｂが互いに並列接続されるように切替回路の動作を制御するとともに複数の二次電池Ｂに流れる全体電流を一定電流まで大きくさせた後、複数の二次電池Ｂに流れる電流を徐々に低下させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の二次電池と、
前記複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる切替回路と、
前記切替回路の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記複数の二次電池の放電中、前記複数の二次電池が互いに並列接続されるように前記切替回路の動作を制御し、
前記複数の二次電池の充電中、前記複数の二次電池が互いに直列接続されるように前記切替回路の動作を制御するとともに前記複数の二次電池に一定電流を流し、前記複数の二次電池の各電圧のうちの少なくとも１つの電圧が所定電圧以上になると、前記少なくとも１つの電圧を前記所定電圧に保ちつつ前記複数の二次電池に流れる電流を徐々に低下させ、前記複数の二次電池に流れる電流が、前記一定電流を前記二次電池の個数で除算した値である切替電流以下になると、前記複数の二次電池が互いに並列接続されるように前記切替回路の動作を制御するとともに前記複数の二次電池に流れる全体電流を前記一定電流まで大きくさせた後、前記複数の二次電池に流れる電流を徐々に低下させ、前記複数の二次電池に流れる電流のうちの少なくとも１つの電流が前記切替電流より小さい終止電流以下になると、前記複数の二次電池に流れる電流をゼロにさせる
ことを特徴とする二次電池システム。

【請求項2】

請求項１に記載の二次電池システムであって、
前記制御部は、前記複数の二次電池の充電中、前記複数の二次電池に流れる電流が前記切替電流以下になると、前記複数の二次電池に流れる電流をゼロにさせた後、前記複数の二次電池が互いに並列接続されるように前記切替回路の動作を制御するとともに前記複数の二次電池に流れる全体電流を前記一定電流まで大きくさせる
ことを特徴とする二次電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる二次電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池システムとして、充電開始時、複数の二次電池を互いに直列接続させるとともに各二次電池に一定電流を流し、各二次電池の電圧のうちの少なくとも１つの電圧が所定電圧以上になると、各二次電池に流れる電流を徐々に小さくさせ、各二次電池に流れる電流が、二次電池に供給可能な最大電流値を二次電池の個数で除算した値以下になると、各二次電池を互いに並列接続させ、各二次電池に流れる電流のうちの少なくとも１つの電流が終止電流以下になると、各二次電池の充電を終了するものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

【0003】

しかしながら、上記二次電池システムでは、二次電池に供給可能な最大電流値を大きくするほど、直列接続から並列接続に切り替わったときに各二次電池に流れる全体電流が大きくなるため、二次電池システムと充電器とをつなぐ充電ケーブルの定格電流を大きくする必要があり、充電ケーブルの重量化が懸念される。

【0004】

また、上記二次電池システムでは、直列接続から並列接続に切り替わった後に各二次電池に流れる全体電流を一定電流より小さくする場合、直列接続から並列接続に切り替わった後に各二次電池にそれぞれ流れる電流が小さくなり各二次電池を互いに並列接続させている期間が短くなるため、各二次電池の電圧のばらつきが大きくなるおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－２７８６３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一側面に係る目的は、複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる二次電池システムにおいて、二次電池システムと充電器とをつなぐ充電ケーブルの重量化を抑制しつつ、複数の二次電池の各電圧のばらつきが大きくなることを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る一つの形態である二次電池システムは、複数の二次電池と、前記複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる切替回路と、前記切替回路の動作を制御する制御部とを備える。

【0008】

前記制御部は、前記複数の二次電池の放電中、前記複数の二次電池が互いに並列接続されるように前記切替回路の動作を制御し、前記複数の二次電池の充電中、前記複数の二次電池が互いに直列接続されるように前記切替回路の動作を制御するとともに前記複数の二次電池に一定電流を流し、前記複数の二次電池の各電圧のうちの少なくとも１つの電圧が所定電圧以上になると、前記少なくとも１つの電圧を前記所定電圧に保ちつつ前記複数の二次電池に流れる電流を徐々に低下させ、前記複数の二次電池に流れる電流が、前記一定電流を前記二次電池の個数で除算した値である切替電流以下になると、前記複数の二次電池が互いに並列接続されるように前記切替回路の動作を制御するとともに前記複数の二次電池に流れる全体電流を前記一定電流まで大きくさせた後、前記複数の二次電池に流れる電流を徐々に低下させ、前記複数の二次電池に流れる電流のうちの少なくとも１つの電流が前記切替電流より小さい終止電流以下になると、前記複数の二次電池に流れる電流をゼロにさせる。

【0009】

これにより、充電ケーブルの定格電流の増大を抑えることができるため、充電ケーブルの重量化を抑制することができる。また、各二次電池を互いに並列接続させる期間が短縮されることを抑えることができるため、各二次電池の電圧のばらつきが大きくなることを抑制することができる。

【0010】

また、前記制御部は、前記複数の二次電池の充電中、前記複数の二次電池に流れる電流が前記切替電流以下になると、前記複数の二次電池に流れる電流をゼロにさせた後、前記複数の二次電池が互いに並列接続されるように前記切替回路の動作を制御するとともに前記複数の二次電池に流れる全体電流を前記一定電流まで大きくさせるように構成してもよい。

【0011】

これにより、各二次電池の充電中において、各二次電池が直列接続から並列接続に切り替わる際に各二次電池に突入電流が流れることを防止することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる二次電池システムにおいて、二次電池システムと充電器とをつなぐ充電ケーブルの重量化を抑制しつつ、各二次電池の電圧のばらつきが大きくなることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態の二次電池システムの一例を示す図である。

【図2】制御部の動作の一例を示すフローチャートである。

【図3】制御部の動作の変形例を示すフローチャートである。

【図4】充電中の二次電池に流れる電流と充電中の二次電池の電圧の一例を示す図である。

【図5】実施形態の二次電池システムの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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、実施形態の二次電池システムの一例を示す図である。

【0015】

図１に示す二次電池システム１は、フォークリフトなどの産業車両や電気自動車などの車両Ｖｅに搭載され、走行用モータなどの負荷Ｌｏに電力を供給する。

【0016】

また、二次電池システム１は、車両Ｖｅの外部に設けられる充電器Ｃｈから充電ケーブルＣａを介して電力が供給される。

【0017】

また、二次電池システム１は、二次電池Ｂ１～Ｂ４と、正極側充電端子Ｔｉｐと、負極側充電端子Ｔｉｎと、正極側放電端子Ｔｏｐと、負極側放電端子Ｔｏｎと、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１４と、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２４と、直列接続用スイッチＳ３１～Ｓ３３と、スイッチＳ４１、Ｓ４２と、電流計Ｓｉ１～Ｓｉ４と、記憶部２と、制御部３とを備える。

【0018】

なお、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１４と、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２４と、直列接続用スイッチＳ３１～Ｓ３３により切替回路を構成する。
また、直列接続用スイッチＳ３１～Ｓ３３をダイオードに置き換えてもよい。

【0019】

また、二次電池Ｂ１～Ｂ４を特に区別しない場合、単に、二次電池Ｂとする。また、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１４を特に区別しない場合、単に、第１出力部スイッチＳ１とする。また、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２４を特に区別しない場合、単に、第２出力部スイッチＳ２とする。また、直列接続用スイッチＳ３１～Ｓ３３を特に区別しない場合、単に、直列接続用スイッチＳ３とする。また、電流計Ｓｉ１～Ｓｉ４を特に区別しない場合、単に、電流計Ｓｉとする。

【0020】

また、二次電池Ｂ、第１出力部スイッチＳ１、第２出力部スイッチＳ２、及び電流計Ｓｉのそれぞれの数は４つに限定されない。また、直列接続用スイッチＳ３の数は３つに限定されない。例えば、二次電池Ｂ、第１出力部スイッチＳ１、第２出力部スイッチＳ２、及び電流計Ｓｉのそれぞれの数を２つとし、直列接続用スイッチＳ３を１つとする場合、二次電池システム１は、二次電池Ｂ１、Ｂ２と、第１出力部スイッチＳ１１、Ｓ１２と、第２出力部スイッチＳ２１、Ｓ２２と、電流計Ｓｉ１、Ｓｉ２と、直列接続用スイッチＳ３１とを備える。

【0021】

二次電池Ｂは、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの１つ以上の充放電可能な電池（モジュール）により構成される。

【0022】

第１出力部スイッチＳ１、第２出力部スイッチＳ２、直列接続用スイッチＳ３、及びスイッチＳ４１、Ｓ４２は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチまたは機械式スイッチ（電磁式リレー）により構成される。

【0023】

電流計Ｓｉ１は、二次電池Ｂ１に流れる電流を検出し、その検出した電流を制御部３に送る。また、電流計Ｓｉ２は、二次電池Ｂ２に流れる電流を検出し、その検出した電流を制御部３に送る。また、電流計Ｓｉ３は、二次電池Ｂ３に流れる電流を検出し、その検出した電流を制御部３に送る。また、電流計Ｓｉ４は、二次電池Ｂ４に流れる電流を検出し、その検出した電流を制御部３に送る。

【0024】

すなわち、第１出力部スイッチＳ１１の一方端子が二次電池Ｂ１の正極端子に接続され、第１出力部スイッチＳ１２の一方端子が二次電池Ｂ２の正極端子に接続され、第１出力部スイッチＳ１３の一方端子が二次電池Ｂ３の正極端子に接続され、第１出力部スイッチＳ１４の一方端子が二次電池Ｂ４の正極端子に接続されている。また、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１４のそれぞれの他方端子は互いに接続されている。また、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１４のそれぞれの他方端子の接続点は、正極側充電端子Ｔｉｐを介して充電器Ｃｈの正極端子に接続されているとともに、正極側放電端子Ｔｏｐを介して負荷Ｌｏの正極端子に接続されている。また、第２出力部スイッチＳ２１の一方端子が電流計Ｓｉ１を介して二次電池Ｂ１の負極端子に接続され、第２出力部スイッチＳ２２の一方端子が電流計Ｓｉ２を介して二次電池Ｂ２の負極端子に接続され、第２出力部スイッチＳ２３の一方端子が電流計Ｓｉ３を介して二次電池Ｂ３の負極端子に接続され、第２出力部スイッチＳ２４の一方端子が電流計Ｓｉ４を介して二次電池Ｂ４の負極端子に接続されている。また、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２４のそれぞれの他方端子は互いに接続されている。また、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２４のそれぞれの他方端子の接続点は、スイッチＳ４１及び負極側充電端子Ｔｉｎを介して充電器Ｃｈの負極端子に接続されているとともに、スイッチＳ４２及び負極側放電端子Ｔｏｎを介して負荷Ｌｏの負極端子に接続されている。また、直列接続用スイッチＳ３１の一方端子が電流計Ｓｉ１を介して二次電池Ｂ１の負極端子に接続され、直列接続用スイッチＳ３１の他方端子が二次電池Ｂ２の正極端子に接続されている。また、直列接続用スイッチＳ３２の一方端子が電流計Ｓｉ２を介して二次電池Ｂ２の負極端子に接続され、直列接続用スイッチＳ３２の他方端子が二次電池Ｂ３の正極端子に接続されている。また、直列接続用スイッチＳ３３の一方端子が電流計Ｓｉ３を介して二次電池Ｂ３の負極端子に接続され、直列接続用スイッチＳ３３の他方端子が二次電池Ｂ４の正極端子に接続されている。

【0025】

記憶部２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成され、後述する、一定電流、所定電圧、所定電流、切替電流、及び終止電流などを記憶している。

【0026】

制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））などにより構成され、切替回路の動作を制御する。

【0027】

＜二次電池Ｂ１～Ｂ２の放電中の切替回路の動作制御について＞
制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４の放電中、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに並列接続されるように切替回路の動作を制御するとともに、二次電池Ｂ１～Ｂ４を負荷Ｌｏに接続させる。すなわち、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４の放電中、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１４、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２４、スイッチＳ４２を導通させるとともに、直列接続用スイッチＳ３１～Ｓ３３及びスイッチＳ４１を遮断させる。これにより、二次電池Ｂ１の正極端子から第１出力部スイッチＳ１１、正極側放電端子Ｔｏｐ、負荷Ｌｏ、負極側放電端子Ｔｏｎ、スイッチＳ４２、第２出力部スイッチＳ２１、電流計Ｓｉ１を介して、二次電池Ｂ１の負極端子に電流を流すことが可能な状態になる。また、二次電池Ｂ２の正極端子から第１出力部スイッチＳ１２、正極側放電端子Ｔｏｐ、負荷Ｌｏ、負極側放電端子Ｔｏｎ、スイッチＳ４２、第２出力部スイッチＳ２２、電流計Ｓｉ２を介して、二次電池Ｂ２の負極端子に電流を流すことが可能な状態になる。また、二次電池Ｂ３の正極端子から第１出力部スイッチＳ１３、正極側放電端子Ｔｏｐ、負荷Ｌｏ、負極側放電端子Ｔｏｎ、スイッチＳ４２、第２出力部スイッチＳ２３、電流計Ｓｉ３を介して、二次電池Ｂ３の負極端子に電流を流すことが可能な状態になる。また、二次電池Ｂ４の正極端子から第１出力部スイッチＳ１４、正極側放電端子Ｔｏｐ、負荷Ｌｏ、負極側放電端子Ｔｏｎ、スイッチＳ４２、第２出力部スイッチＳ２４、電流計Ｓｉ４を介して、二次電池Ｂ４の負極端子に電流を流すことが可能な状態になる。このように、二次電池Ｂ１～Ｂ４の放電中、二次電池Ｂ１～Ｂ４を互いに並列接続させることにより、二次電池Ｂ１～Ｂ４の全体の容量を増加させることができる。

【0028】

＜二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電中の切替回路の動作制御について＞
まず、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電開始時、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに直列接続されるように切替回路の動作を制御するとともに、二次電池Ｂ１～Ｂ４を充電器Ｃｈに接続させる。すなわち、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電開始時、第１出力部スイッチＳ１１、直列接続用スイッチＳ３１～Ｓ３３、第２出力部スイッチＳ２４、及びスイッチＳ４１を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳ１２～Ｓ１４、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２３、及びスイッチＳ４２を遮断させる。

【0029】

次に、制御部３は、二次電池システム１に一定電流が流れるように電流指令値を充電器Ｃｈに送る。充電器Ｃｈは、電流指令値に基づいて、一定電流を二次電池システム１に流す。すると、充電器Ｃｈの正極端子から正極側充電端子Ｔｉｐ、第１出力部スイッチＳ１１、二次電池Ｂ１、電流計Ｓｉ１、直列接続用スイッチＳ３１、二次電池Ｂ２、電流計Ｓｉ２、直列接続用スイッチＳ３２、二次電池Ｂ３、電流計Ｓｉ３、直列接続用スイッチＳ３３、二次電池Ｂ４、電流計Ｓｉ４、第２出力部スイッチＳ２４、スイッチＳ４１、及び負極側充電端子Ｔｉｎを介して充電器Ｃｈの負極端子に一定電流が流れ、二次電池Ｂ１～Ｂ４がそれぞれ充電されることにより、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧がそれぞれ上昇する。なお、一定電流は、充電ケーブルＣａの定格電流などにより予め決められているものとする。このように、二次電池Ｂ１～Ｂ４を互いに直列接続させた状態で、二次電池Ｂ１～Ｂ４を充電させる場合、二次電池Ｂ１～Ｂ４全体にかかる電圧を比較的高くすることができるため、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流を比較的小さくすることができる。そのため、充電ケーブルＣａを小型化することができるため、ユーザにおける充電作業性を向上させることができる。

【0030】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に一定電流を流しているとき、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧のうちの少なくとも１つの電圧が所定電圧以上になると、その少なくとも１つの電圧を所定電圧に保ちつつ二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が徐々に小さくなるように電流指令値を充電器Ｃｈに送る。

【0031】

そして、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流のうちの少なくとも１つの電流が終止電流になると、二次電池Ｂ１～Ｂ４のうちの少なくとも１つの二次電池Ｂが満充電状態になったと判断し、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流がゼロになるように電流指令値を充電器Ｃｈに送り、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電を終了する。なお、終止電流は、二次電池Ｂ１～Ｂ４が満充電状態になったことを判断するための電流値である。

【0032】

すなわち、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電中、定電流充電制御を行った後、定電圧充電制御を行う。

【0033】

ところで、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電中、二次電池Ｂ１～Ｂ４の製造ばらつきや経年劣化のばらつきなどの影響により二次電池Ｂ１～Ｂ４のそれぞれの充電率（満充電容量に対する現在の容量の割合）が互いに異なっていき、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧が互いに異なっていくおそれがある。また、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧が互いに異なっている状態において、二次電池Ｂ１～Ｂ４を放電させるために二次電池Ｂ１～Ｂ４を互いに並列接続させると、電圧が高い二次電池Ｂから電圧が低い二次電池Ｂに還流電流が流れ、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各充電率（各電圧）が均等化される。そのため、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電が終了した後に二次電池Ｂ１～Ｂ４を放電させる場合、放電開始時の二次電池Ｂ１～Ｂ４の全体の充電率（電圧）が、充電終了直後の二次電池Ｂ１～Ｂ４の全体の充電率（電圧）に比べて低下するおそれがある。

【0034】

そこで、実施形態の制御部３では、定電流充電制御後の定電圧充電制御中において、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が切替電流以下になったとき、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに並列接続されるように切替回路の動作を制御する。これにより、二次電池Ｂ１～Ｂ４に互いに等しい電圧がかかり、まだ満充電状態に至っていない二次電池Ｂに比較的大きな電流が流れ、満充電状態に近い二次電池Ｂに比較的小さな電流が流れるため、二次電池Ｂ１～Ｂ４を充電させつつ、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧を均等化させることができる。そのため、充電終了後の放電開始時に二次電池Ｂ１～Ｂ４の間に流れる還流電流を低減することができ、充電終了後の放電開始時に二次電池Ｂ１～Ｂ４の全体の充電率（電圧）が低下することを抑制することができる。

【0035】

また、実施形態では、一定電流を二次電池Ｂの個数で除算した値を切替電流とする。例えば、一定電流を２００［Ａ］とする場合、切替電流を５０［Ａ］＝２００［Ａ］／４とする。これにより、二次電池Ｂ１～Ｂ４が直列接続から並列接続に切り替わるときに二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる全体電流が一定電流まで大きくなるため、充電ケーブルＣａの定格電流を一定電流より大きい値にする必要がなく、充電ケーブルＣａの重量化を抑制することができる。

【0036】

また、実施形態の制御部３では、定電圧充電制御中において、二次電池Ｂ１～Ｂ４を直列接続から並列接続に切り替えた後、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる全体電流を一定電流まで大きくさせる。例えば、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４を直列接続から並列接続に切り替えた後、一定電流と同じ値の電流指令値を充電器Ｃｈに送る。これにより、二次電池Ｂ１～Ｂ４が直列接続から並列接続に切り替わった後に二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる全体電流を一定電流より小さくさせる場合に比べて、二次電池Ｂ１～Ｂ４が直列接続から並列接続に切り替わった後に二次電池Ｂ１～Ｂ４にそれぞれ流れる電流が小さくならず、定電圧充電制御中において二次電池Ｂ１～Ｂ４を互いに並列接続させる期間が短くならないため、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧のばらつきが大きくなることを抑制することができる。

【0037】

図２は、制御部３の動作の一例を示すフローチャートである。

【0038】

制御部３は、二次電池システム１から負荷Ｌｏへの電力供給開始指示が入力されると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに並列接続されるように切替回路の動作を制御するとともに二次電池Ｂ１～Ｂ４が負荷Ｌｏに接続されるようにスイッチＳ４１、Ｓ４２の動作を制御する（ステップＳ２）。

【0039】

次に、制御部３は、二次電池システム１から負荷Ｌｏへの電力供給終了指示が入力されると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、スイッチＳ４１、Ｓ４２を遮断させて二次電池Ｂ１～Ｂ４の放電を終了させる。

【0040】

また、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電開始指示が入力されると（ステップＳ１：Ｎｏ、ステップＳ４：Ｙｅｓ）、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに直列接続されるように切替回路の動作を制御するとともに二次電池Ｂ１～Ｂ４が充電器Ｃｈに接続されるようにスイッチＳ４１、Ｓ４２の動作を制御する（ステップＳ５）。

【0041】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に一定電流を流す定電流充電制御を行い（ステップＳ６）、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧が所定電圧Ｖｔｈより小さい場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、定電流充電制御を継続する。

【0042】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧のうちの少なくとも１つの電圧が所定電圧以上になると（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、その少なくとも１つの電圧を所定電圧に保ちつつ二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流を所定電流分低下させる定電圧充電制御を行う（ステップＳ８）。

【0043】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が切替電流より大きい場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、定電圧充電制御を継続する。

【0044】

一方、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が切替電流以下になると（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに並列接続されるように切替回路の動作を制御するとともに二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる全体電流を一定電流まで大きくさせた後（ステップＳ１０）、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧のうちの少なくとも１つの電圧を所定電圧に保ちつつ二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流を所定電流分低下させる定電圧充電制御を行う（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ８における所定電流とステップＳ１１における所定電流は、二次電池Ｂの特性や充電時間などにより予め決められる任意の値であって、互いに同じ値でもよいし、互いに異なる値でもよい。

【0045】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４にそれぞれ流れる電流が終止電流より大きい場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、定電圧充電制御を継続する。

【0046】

一方、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流のうちの少なくとも１つの電流が終止電流以下になると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流をゼロにさせて二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電を終了する（ステップＳ１３）。

【0047】

なお、図３に示す制御部３の動作の変形例のように、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が切替電流以下になると（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流をゼロにさせた後（ステップＳ１０´）、二次電池Ｂ１～Ｂ４を互いに並列接続させる（ステップＳ１０）ように構成してもよい。例えば、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が切替電流以下になると、ゼロを示す電流指令値を充電器Ｃｈに送り、電流計Ｓｉ１～Ｓｉ４により検出される電流がそれぞれゼロになると、二次電池Ｂ１～Ｂ４を互いに並列接続させる。このように構成することにより、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電中において、二次電池Ｂ１～Ｂ４が直列接続から並列接続に切り替わる際に二次電池Ｂ１～Ｂ４に突入電流が流れることを防止することができる。

【0048】

図４（ａ）は、充電中の二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流の変化例を示す図である。なお、図４（ａ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。また、図４（ａ）に示す実線は二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる全体電流を示し、図４（ａ）に示す破線は二次電池Ｂ１～Ｂ４にそれぞれ流れる電流のうちの１つの電流（個別電流）を示している。また、図４（ｂ）は、充電中の二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧の変化例を示す図である。なお、図４（ｂ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。また、図４（ｂ）に示す実線は二次電池Ｂ１の電圧を示し、図４（ｂ）に示す破線は二次電池Ｂ２の電圧を示し、図４（ｂ）に示す一点鎖線は二次電池Ｂ３の電圧を示し、図４（ｂ）に示す二点鎖線は二次電池Ｂ４の電圧を示している。

【0049】

まず、制御部３は、時刻ｔ０において、二次電池Ｂ１～Ｂ４を互いに直列接続させる。

【0050】

次に、制御部３は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間において、定電流充電制御を行う。なお、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間において、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧は徐々に上昇する。また、時刻ｔ１において、二次電池Ｂ１の電圧（充電率）が最も大きくなり、二次電池Ｂ２の電圧（充電率）が二番目に大きくなり、二次電池Ｂ３の電圧（充電率）が三番目に大きくなり、二次電池Ｂ４の電圧（充電率）が最も小さくなるものとする。

【0051】

次に、制御部３は、時刻ｔ１において、二次電池Ｂ１の電圧が所定電圧以上になると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、定電圧充電制御を行う。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、二次電池Ｂ１の電圧は所定電圧に保たれ、二次電池Ｂ２～Ｂ４の各電圧は時刻ｔ１における二次電池Ｂ２～Ｂ４の各電圧と同じ電圧に保たれるものとする。

【0052】

次に、制御部３は、時刻ｔ２において、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流（個別電流）が切替電流以下になると、二次電池Ｂ１～Ｂ４を互いに並列接続させるとともに二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる全体電流を一定電流まで大きくさせる。

【0053】

次に、制御部３は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、定電圧充電制御を行う。このとき、二次電池Ｂ４に最も多く充電電流が流れ、二次電池Ｂ３に二番目に多く充電電流が流れ、二次電池Ｂ２に三番目に多く充電電流が流れ、二次電池Ｂ１に最も少なく充電電流が流れる。そのため、二次電池Ｂ２～Ｂ４の各電圧が二次電池Ｂ１の電圧に徐々に近づいていき、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧が均等化される。

【0054】

そして、制御部３は、時刻ｔ３において、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流（個別電流）が終止電流以下になると、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流（個別電流）をゼロにさせる。

【0055】

このように、実施形態の二次電池システム１では、定電流充電制御後の定電圧充電制御中において、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が切替電流以下になると、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに並列接続されるように切替回路の動作を制御するとともに二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる全体電流を一定電流まで大きくさせる構成である。これにより、充電ケーブルＣａの重量化を抑制しつつ、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧のばらつきが大きくなることを抑制することができる。

【0056】

なお、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。

【0057】

＜変形例＞
図５は、実施形態の二次電池システムの変形例を示す図である。なお、図５に示す二次電池システム１において、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【0058】

図５に示す二次電池システム１において、図１に示す二次電池システム１と異なる点は、正極側充電端子Ｔｉｐが二次電池Ｂ１の正極端子と第１出力部スイッチＳ１１の一方端子との接続点に接続されている点と、負極側充電端子Ｔｉｎが二次電池Ｂ４の負極端子と第２出力部スイッチＳ２４の一方端子との接続点に接続されている点である。なお、スイッチＳ４１は、二次電池Ｂ４の負極端子と第２出力部スイッチＳ２４の一方端子との接続点と負極側充電端子Ｔｉｎとの間に接続されているものとする。また、図５に示す二次電池システム１における二次電池Ｂ１～Ｂ４の放電中の切替回路の動作制御は、図１に示す二次電池システム１における二次電池Ｂ１～Ｂ４の放電中の切替回路の動作制御と同様であり、その説明を省略する。

【0059】

＜二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電中における切替回路の動作制御について＞
まず、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電開始時、直列接続用スイッチＳ３１～Ｓ３３及びスイッチＳ４１を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１４、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２４、及びスイッチＳ４２を遮断させる。これにより、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに直列接続されるとともに、二次電池Ｂ１～Ｂ４が充電器Ｃｈに接続される。

【0060】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に一定電流が流れるように電流指令値を充電器Ｃｈに送る。充電器Ｃｈは、電流指令値に基づいて、一定電流を二次電池システム１に流す。すると、充電器Ｃｈの正極端子から正極側充電端子Ｔｉｐ、二次電池Ｂ１、電流計Ｓｉ１、直列接続用スイッチＳ３１、二次電池Ｂ２、電流計Ｓｉ２、直列接続用スイッチＳ３２、二次電池Ｂ３、電流計Ｓｉ３、直列接続用スイッチＳ３３、二次電池Ｂ４、電流計Ｓｉ４、スイッチＳ４１、及び負極側充電端子Ｔｉｎを介して充電器Ｃｈの負極端子に一定電流が流れ、二次電池Ｂ１～Ｂ４がそれぞれ充電されることにより、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧がそれぞれ上昇する。

【0061】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に一定電流を流しているとき、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧のうちの少なくとも１つの電圧が所定電圧以上になると、その少なくとも１つの電圧を所定電圧に保ちつつ二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が徐々に小さくなるように電流指令値を充電器Ｃｈに送る。

【0062】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が切替電流以下になると、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１４、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２４、スイッチＳ４１を導通させるとともに、直列接続用スイッチＳ３１～Ｓ３３及びスイッチＳ４２を遮断させる。これにより、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに並列接続されるとともに、二次電池Ｂ１～Ｂ４が充電器Ｃｈに接続される。なお、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が切替電流以下になると、一旦、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流をゼロにさせ、その後、二次電池Ｂ１～Ｂ４を互いに並列接続させるように構成してもよい。

【0063】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる全体電流が一定電流まで大きくなるように電流指令値を充電器Ｃｈに送る。充電器Ｃｈは、電流指令値に基づいて、一定電流を二次電池システム１に流す。すると、充電器Ｃｈの正極端子から正極側充電端子Ｔｉｐ、二次電池Ｂ１、電流計Ｓｉ１、第２出力部スイッチＳ２１、第２出力部スイッチＳ２４、スイッチＳ４１、及び負極側充電端子Ｔｉｎを介して、充電器Ｃｈの負極端子に電流が流れる。また、充電器Ｃｈの正極端子から正極側充電端子Ｔｉｐ、第１出力部スイッチＳ１１、第１出力部スイッチＳ１２、二次電池Ｂ２、電流計Ｓｉ２、第２出力部スイッチＳ２２、第２出力部スイッチＳ２４、スイッチＳ４１、及び負極側充電端子Ｔｉｎを介して、充電器Ｃｈの負極端子に電流が流れる。また、充電器Ｃｈの正極端子から正極側充電端子Ｔｉｐ、第１出力部スイッチＳ１１、第１出力部スイッチＳ１３、二次電池Ｂ３、電流計Ｓｉ３、第２出力部スイッチＳ２３、第２出力部スイッチＳ２４、スイッチＳ４１、及び負極側充電端子Ｔｉｎを介して、充電器Ｃｈの負極端子に電流が流れる。また、充電器Ｃｈの正極端子から正極側充電端子Ｔｉｐ、第１出力部スイッチＳ１１、第１出力部スイッチＳ１４、二次電池Ｂ４、電流計Ｓｉ４、スイッチＳ４１、及び負極側充電端子Ｔｉｎを介して、充電器Ｃｈの負極端子に電流が流れる。

【0064】

次に、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧のうちの少なくとも１つの電圧を所定電圧に保ちつつ二次電池Ｂ１～Ｂ４にそれぞれ流れる電流が徐々に小さくなるように電流指令値を充電器Ｃｈに送る。

【0065】

そして、制御部３は、二次電池Ｂ１～Ｂ４にそれぞれ流れる電流のうちの少なくとも１つの電流が終止電流になると、二次電池Ｂ１～Ｂ４にそれぞれ流れる電流がゼロになるように電流指令値を充電器Ｃｈに送り、二次電池Ｂ１～Ｂ４の充電を終了する。

【0066】

なお、図５に示す二次電池システム１では、定電圧充電制御中において二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに並列接続されているとき、二次電池Ｂ２～Ｂ４にそれぞれ流れる電流の合計が第１出力部スイッチＳ１１に流れる。そのため、二次電池Ｂ２～Ｂ４にそれぞれ流れる電流の合計に基づいて、第１出力部スイッチＳ１１の定格電流が決められるものとする。

【0067】

また、図５に示す二次電池システム１では、定電圧充電制御中において二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに並列接続されているとき、二次電池Ｂ１～Ｂ３にそれぞれ流れる電流の合計が第２出力部スイッチＳ２４に流れる。そのため、二次電池Ｂ１～Ｂ３にそれぞれ流れる電流の合計に基づいて、第２出力部スイッチＳ２４の定格電流が決められるものとする。

【0068】

また、図５に示す二次電池システム１では、充電ケーブルＣａの定格電流、または、第１出力部スイッチＳ１１及び第２出力部スイッチＳ２４の定格電流に基づいて、切替電流が決められるものとする。

【0069】

例えば、充電ケーブルＣａの定格電流が２００［Ａ］であり、第１出力部スイッチＳ１１及び第２出力部スイッチＳ２４の定格電流が１６０［Ａ］である場合、切替電流として５０［Ａ］＝２００［Ａ］／４及び４０［Ａ］＝１６０［Ａ］／４が考えられる。また、１５０［Ａ］＝５０［Ａ］×３及び１２０［Ａ］＝４０［Ａ］×３は、どちらも第１出力部スイッチＳ１１及び第２出力部スイッチＳ２４の定格電流以下である。そのため、５０［Ａ］及び４０［Ａ］のうち、大きい値である５０［Ａ］を切替電流とする。なお、２００［Ａ］＝５０［Ａ］×４を一定電流とする。

【0070】

また、充電ケーブルＣａの定格電流が２００［Ａ］であり、第１出力部スイッチＳ１１及び第２出力部スイッチＳ２４の定格電流が１２０［Ａ］である場合、切替電流として５０［Ａ］＝２００［Ａ］／４及び３０［Ａ］＝１２０［Ａ］／４が考えられる。また、９０［Ａ］＝３０［Ａ］×３は、第１出力部スイッチＳ１１及び第２出力部スイッチＳ２４の定格電流以下であるが、１５０［Ａ］＝５０［Ａ］×３は、第１出力部スイッチＳ１１及び第２出力部スイッチＳ２４の定格電流より大きくなってしまう。そのため、５０［Ａ］及び３０［Ａ］のうちの３０［Ａ］を切替電流とする。なお、１２０［Ａ］＝３０［Ａ］×４を一定電流とする。

【0071】

このように、図５に示す二次電池システム１においても、定電流充電制御後の定電圧充電制御中において、二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる電流が切替電流以下になると、二次電池Ｂ１～Ｂ４が互いに並列接続されるように切替回路の動作を制御するとともに二次電池Ｂ１～Ｂ４に流れる全体電流を一定電流まで大きくさせる構成である。これにより、充電ケーブルＣａの重量化を抑制しつつ、二次電池Ｂ１～Ｂ４の各電圧のばらつきが大きくなることを抑制することができる。

【符号の説明】

【0072】

１ 二次電池システム
２ 記憶部
３ 制御部
Ｂ１～Ｂ４ 二次電池
Ｖｅ 車両
Ｌｏ 負荷
Ｃｈ 充電器
Ｃａ 充電ケーブル
Ｔｉｐ 正極側充電端子
Ｔｉｎ 負極側充電端子
Ｔｏｐ 正極側放電端子
Ｔｏｎ 負極側放電端子
Ｓ１１～Ｓ１４ 第１出力部スイッチ
Ｓ２１～Ｓ２４ 第２出力部スイッチ
Ｓ３１～Ｓ３３ 直列接続用スイッチ
Ｓ４１、Ｓ４２ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】