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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-09
(45)【発行日】2024-12-17
(54)【発明の名称】電池制御ユニット及び電池システム
(51)【国際特許分類】
   H02J 1/00 20060101AFI20241210BHJP
   H02J 7/02 20160101ALI20241210BHJP
   H02J 7/34 20060101ALI20241210BHJP
   H02J 7/00 20060101ALI20241210BHJP
   H02J 7/35 20060101ALI20241210BHJP
   H01M 10/44 20060101ALI20241210BHJP
【FI】
H02J1/00 309C
H02J7/02 H
H02J7/34 B
H02J7/34 F
H02J7/00 302D
H02J7/00 302C
H02J7/35 A
H01M10/44 Q
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2020086885
(22)【出願日】2020-05-18
(65)【公開番号】P2021182804
(43)【公開日】2021-11-25
【審査請求日】2023-03-10
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006895
【氏名又は名称】矢崎総業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】荘田 隆博
(72)【発明者】
【氏名】大野 ちひろ
【審査官】麻生 哲朗
(56)【参考文献】
【文献】特開2010-057316(JP,A)
【文献】特開2017-184589(JP,A)
【文献】特開2014-239559(JP,A)
【文献】特開2020-089141(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 1/00
H02J 7/02
H02J 7/34
H02J 7/00
H02J 7/35
H01M 10/44
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに直列接続された複数の電池毎に設けられ、対応する前記電池を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部と、
前記複数の電池に並列接続された蓄電装置と、を備え、
互いに直列接続された複数の前記電池から成る第1の組電池と、互いに直列接続された複数の前記電池から成る第2の組電池とが、並列接続され、
前記第1の組電池及び前記第2の組電池の各々に設けられ、対応する前記組電池と該組電池に給電される負荷との接続をオンオフするスイッチを備え、
前記第1の組電池及び前記第2の組電池に含まれる何れか一つの前記電池について、両端電圧の放電終止電圧への到達に基づく前記接続状態から前記非接続状態への切り替えが発生する毎に、前記第1の組電池及び前記第2の組電池のうち、前記接続状態となる前記電池の両端電圧の合計値である総電圧が高い方の前記スイッチをオンし、前記総電圧が低い方の前記スイッチをオフする、
電池制御ユニット。
【請求項2】
請求項1に記載の電池制御ユニットであって、
前記電池は、太陽光発電機及び充電器から充電される、
電池制御ユニット。
【請求項3】
互いに直列接続された複数の電池と、
複数の前記電池毎に設けられ、対応する前記電池を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部と、
前記複数の電池に並列接続された蓄電装置と、を備え、
互いに直列接続された複数の前記電池から成る第1の組電池と、互いに直列接続された複数の前記電池から成る第2の組電池とが、並列接続され、
前記第1の組電池及び前記第2の組電池の各々に設けられ、対応する前記組電池と該組電池に給電される負荷との接続をオンオフするスイッチを備え、
前記第1の組電池及び前記第2の組電池に含まれる何れか一つの前記電池について、両端電圧の放電終止電圧への到達に基づく前記接続状態から前記非接続状態への切り替えが発生する毎に、前記第1の組電池及び前記第2の組電池のうち、前記接続状態となる前記電池の両端電圧の合計値である総電圧が高い方の前記スイッチをオンし、前記総電圧が低い方の前記スイッチをオフする、
電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池制御ユニット及び電池システム、に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の電池を直列に接続して構成される電池システムがある。複数の電池は、例えば製造時のバラツキや動作環境のバラツキに起因して、劣化がばらつく。例えば、熱源に近い電池は早く劣化してしまうが、熱源から離れた電池は劣化が遅い。
【0003】
このため、充放電時に劣化の進んだ電池が最初に充放電終止電圧に達してしまう。この場合、他の電池に余力が残っていたとし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。そこで、充電終止電圧に達した電池をバイパスして充電回路から切り離し、充電終止電圧に達していない電池の充電を継続させるシステムが提案されている(特許文献1)。また、放電時も同様に、放電終止電圧に達した電池をバイパスして放電から切り離し、放電終止電圧に達してない電池の放電を継続させる電池システムが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2013-31249号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述した従来の電池システムでは、電池をバイパスする毎に、電池と負荷との接続が一瞬切れてしまい、負荷に対する給電が一瞬停止してしまう、という問題点があった。
【0006】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バイパス時の給電停止を抑制できる電池制御ユニット及び電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前述した目的を達成するために、本発明に係る電池制御ユニット及び電池システムは、下記[1]~[3]を特徴としている。
[1]
互いに直列接続された複数の電池毎に設けられ、対応する前記電池を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部と、
前記複数の電池に並列接続された蓄電装置と、を備え、
互いに直列接続された複数の前記電池から成る第1の組電池と、互いに直列接続された複数の前記電池から成る第2の組電池とが、並列接続され、
前記第1の組電池及び前記第2の組電池の各々に設けられ、対応する前記組電池と該組電池に給電される負荷との接続をオンオフするスイッチを備え、
前記第1の組電池及び前記第2の組電池に含まれる何れか一つの前記電池について、両端電圧の放電終止電圧への到達に基づく前記接続状態から前記非接続状態への切り替えが発生する毎に、前記第1の組電池及び前記第2の組電池のうち、前記接続状態となる前記電池の両端電圧の合計値である総電圧が高い方の前記スイッチをオンし、前記総電圧が低い方の前記スイッチをオフする、
電池制御ユニットであること。
[2]
[1]に記載の電池制御ユニットであって、
前記電池は、太陽光発電機及び充電器から充電される、
電池制御ユニットであること。
[3]
互いに直列接続された複数の電池と、
複数の前記電池毎に設けられ、対応する前記電池を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部と、
前記複数の電池に並列接続された蓄電装置と、を備え、
互いに直列接続された複数の前記電池から成る第1の組電池と、互いに直列接続された複数の前記電池から成る第2の組電池とが、並列接続され、
前記第1の組電池及び前記第2の組電池の各々に設けられ、対応する前記組電池と該組電池に給電される負荷との接続をオンオフするスイッチを備え、
前記第1の組電池及び前記第2の組電池に含まれる何れか一つの前記電池について、両端電圧の放電終止電圧への到達に基づく前記接続状態から前記非接続状態への切り替えが発生する毎に、前記第1の組電池及び前記第2の組電池のうち、前記接続状態となる前記電池の両端電圧の合計値である総電圧が高い方の前記スイッチをオンし、前記総電圧が低い方の前記スイッチをオフする、
電池システムであること。
【0008】
上記[1]及び[]の構成の電池制御ユニット及び電池システムによれば、蓄電装置が、複数の電池に並列接続される。これにより、切替部が、電池を接続状態から非接続状態に切り替えると、電池と負荷との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、蓄電装置により負荷に対する給電を継続することができる。
【0009】
更に、上記[1]及び[3]の構成の電池制御ユニット及び電池システムによれば、負荷に接続する組電池を切り替えるため、オンするスイッチを切り替えると、電池と負荷との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、蓄電装置により給電を継続することができる。
【0010】
上記[]の構成の電池制御ユニットによれば、太陽光発電機から電池へ充電中に、切替部が、電池を接続状態から非接続状態に切り替えると、電池と太陽光発電機との接続が一瞬切れる。このとき、蓄電装置が太陽光発電機による充電電流を吸収するため、充電器に太陽光発電機からの高電圧が印加されることがなく、充電器の故障を防止することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、バイパス時の給電停止を抑制できる電池制御ユニット及び電池システムを提供することができる。
【0012】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1図1は、本発明の第1実施形態における電池システムを示す回路図である。
図2図2は、図1に示す制御部の放電処理手順を示すフローチャートである。
図3図3は、本発明の第2実施形態における電池システムを示す回路図である。
図4図4は、図3に示す制御部の放電処理手順を示すフローチャートである。
図5図5は、本発明の第3実施形態における電池システムを示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【0015】
(第1実施形態)
図1に示す電池システム1は、例えば劣化が進んだ電池を再利用して電力を供給する装置である。
【0016】
同図に示すように、電池システム1は、複数の電池21a~21cと、電池制御ユニット3と、を備えている。本実施形態では、説明を簡単にするために、3つの電池21a~21cを直列接続した例について説明するが、これに限ったものではない。電池21a~21cの数は、複数あればよく、2つでも、4つ以上でもよい。複数の電池21a~21c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。
【0017】
電池制御ユニット3は、複数の切替部31a~31cと、複数の電圧測定部41a~41cと、キャパシタ5(蓄電装置)と、制御部6と、を備えている。複数の切替部31a~31cは、複数の電池21a~21cに各々対応して設けられている。複数の切替部31a~31cは、互いに同じ構成である。
【0018】
切替部31a~31cは、対応する電池21a~21cを図示しない充電器又は負荷7に接続可能(放電可能)とする接続状態と、対応する電池21a~21cを図示しない充電器又は負荷7に接続不可(放電不可)とする非接続状態と、の間で切り替える。即ち、接続状態の電池21a~21cは、一対の端子T1、T2間に電気的に接続され、非接続状態の電池21a~21cは、一対の端子T1、T2間から電気的に切り離される。よって、端子T1、T2を図示しない充電器又は負荷7に接続すると、接続状態の電池21a~21cが充電器又は負荷7に接続され、非接続状態の電池21a~21cが充電器又は負荷7から切り離される。
【0019】
切替部31aは、電池21aに直列接続された第1スイッチSW11aと、電池21a及び第1スイッチSW11aに並列接続された第2スイッチSW12aと、から構成されている。第1スイッチSW11aは、一端T11が電池21aの一極(例えば正極)に接続されている。第2スイッチSW12aは、一端T21が電池21aの他極(例えば負極)に接続され、他端T22が第1スイッチSW11aの他端T12に接続されている。切替部31b、31cについては、上述した切替部31aについての説明中の「a」を「b」~「c」にそれぞれ置き換えて説明することができ、詳細な説明を省略する。
【0020】
また、第1スイッチSW11bの他端T12は、電池21aの負極に接続され、第1スイッチSW11cの他端T12は、電池21bの負極に接続されている。即ち、互いに隣接する電池21a-電池21b間、電池21b-電池21c間にそれぞれ、第1スイッチSW11b、SW11cが接続されている。
【0021】
以上の構成によれば、第2スイッチSW12a~SW12cをオフし、第1スイッチSW11a~SW11cをオンすると、対応する電池21a~21cが接続状態となる。また、第1スイッチSW11a~SW11cをオフすると対応する電池21a~21cが非接続状態となる。このとき、第2スイッチSW12a~SW12cをオンするとバイパス経路が形成され、接続状態となっている電池21a~21cのみが端子T1、T2間に接続される。
【0022】
複数の電圧測定部41a~41cは、複数の電池21a~21cに各々対応して設けられている。複数の電圧測定部41a~41cは、対応する電池21a~21cの両端電圧を測定して、その測定結果を後述する制御部6に対して出力する。
【0023】
キャパシタ5は、複数の電池21a~21cに並列接続される。これにより、電池21a~21cと負荷7との接続が切れると、キャパシタ5から負荷7に給電が行われ、負荷7への給電を継続させることができる。
【0024】
制御部6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6は、各電池21a~21cの両端電圧に基づいて切替部31a~31cを制御する。
【0025】
次に、上述した構成の電池システム1の放電時の動作について図2を参照して説明する。制御部6は、放電モード指示を受信すると図2に示す放電処理を実行する。まず、制御部6は、全第1スイッチSW11a~SW11c、第2スイッチSW12a~SW12cをオフする(ステップS1)。その後、制御部6は、全第1スイッチSW11a~SW11cをオンする(ステップS2)。これにより、電池21a~21cが接続状態となり、電池21a~21cが放電可能状態になる。その後、制御部6は、複数の電池21a~21cの放電を開始する(ステップS3)。
【0026】
その後、制御部6は、電圧測定部41a~41cにより電池21a~21cの両端電圧を測定し、電池21a~21cの両端電圧が放電終止電圧に達したか否かを判定する(ステップS4)。放電終止電圧に達した電池21a~21cがあれば(ステップS4でY)、制御部6は、全ての電池21a~21cが放電終止電圧に達したか否かを判定する(ステップS5)。全ての電池21a~21cが放電終止電圧に達していなければ(ステップS5でN)、制御部6は、放電終止電圧に達した電池21a~21cに対応する第1スイッチSW11a~SW11cをオフした後、第2スイッチSW12a~SW12cをオンする(ステップS6)。これにより、放電終止電圧に達した電池21a~21cが接続状態から非接続状態に切り替えられて、放電終止電圧に達した電池21a~21cがバイパスされる。
【0027】
ステップS6において、第1スイッチSW11a~SW11cをオフしてから第2スイッチSW12a~SW12cをオンするまでの間、電池21a~21cと負荷7との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、キャパシタ5により負荷7に対する給電を継続することができる。
【0028】
これに対して、全ての電池21a~21cが放電終止電圧に達していれば(ステップS5でY)、制御部6は、放電を停止して(ステップS7)、全第1スイッチSW11a~SW11c、第2スイッチSW12a~SW12cをオフする(ステップS8)。その後、制御部6は、全第1スイッチSW11a~SW11cをオンした後(ステップS9)、処理を終了する。
【0029】
上述した実施形態によれば、キャパシタ5が、複数の電池21a~21cに並列接続される。これにより、切替部31a~31cが、電池21a~21cを接続状態から非接続状態に切り替えると、電池21a~21cと負荷7との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、キャパシタ5により負荷7に対する給電を継続することができる。
【0030】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図3を参照して説明する。同図において、上述した第1実施形態で既に説明した図1に示す電池システム1と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第2実施形態では、電池システム1は、互いに並列接続された組電池BP1と、組電池BP2と、スイッチSW1、SW2と、をさらに備えている。組電池BP1及びBP2は各々、電池21a~21cを有している。
【0031】
本実施形態では説明を簡単にするために、組電池BP1、BP2の2系統の組電池を有する電池システム1について説明するが、これに限ったものではない。組電池の数は、3系統以上であってもよい。
【0032】
スイッチSW1、SW2は、組電池BP1、BP2毎に設けられ、対応する組電池BP1、BP2と負荷7との接続をオンオフする。
【0033】
次に、上述した構成の電池システム1の放電時の動作について図4を参照して説明する。なお、図4において、上述した第1実施形態で説明した図2と同等のステップについては同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【0034】
制御部6は、放電モード指示を受信すると図4に示す放電処理を実行する。まず、制御部6は、第1実施形態と同様にステップS1、S2を実行する。その後、制御部6は、組電池BP1、BP2のうち総電圧が高い方のスイッチSW1、SW2をオンし、総電圧が低い方のスイッチSW1、SW2をオフする(ステップS10)。総電圧とは、組電池BP1、BP2のうち接続状態となる電池21a~21cの両端電圧の合計値である。
【0035】
その後、制御部6は、第1実施形態と同様にステップS3~S9を実行する。ステップS6の実行後、制御部6は、組電池BP1、BP2のうち総電圧が低い方のスイッチSW1、SW2をオフし、総電圧が高い方のスイッチSW1、SW2をオンした後(ステップS11)、ステップS4に戻る。ステップS11においてオンするスイッチSW1、SW2を例えばスイッチSW1からスイッチSW2に切り替える場合、制御部6は、スイッチSW1をオフした後、スイッチSW2をオンする。
【0036】
このため、スイッチSW1をオフしてからスイッチSW2をオンするまで、電池21a~21cと負荷7との接続が一瞬切れるが、接続が切れている間、キャパシタ5により負荷7に対する給電を継続することができる。
【0037】
上述した第1、第2実施形態では放電について説明したが、充電時にも同様に電池21a~21cと図示しない充電器との接続が切れている間、キャパシタ5により電池21a~21cへの充電を継続することができる。
【0038】
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図5を参照して説明する。同図において、上述した第1実施形態で既に説明した図1に示す電池制御ユニット3と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第3実施形態における電池システム1は、例えば家庭など太陽光発電機8を備えた場所で使用されることを前提としている。
【0039】
第3実施形態において、電池21a~21cは、太陽光発電機8及び充電器9から充電される。太陽光発電機8は、太陽光を電力に変換して、電池21a~21cを充電する。充電器9は、家庭用などのAC電源から電力を得て電池21a~21cを充電する。
【0040】
上述した電池システム1によれば、太陽光発電機8から電池21a~21cへの充電中に、切替部31a~31cが、電池21a~21cを接続状態から非接続状態に切り替えると電池21a~21cと太陽光発電機8との接続が一瞬切れる。このとき、太陽光発電機8の制御に不具合が生じ、出力電圧が高くなる場合があるが、キャパシタ5が太陽光発電機8による充電電流を吸収するため、充電器9に太陽光発電機8からの高電圧が印加されることがなく、充電器9の故障を防止することができる。
【0041】
なお、上述した第1~第3実施形態によれば、蓄電装置としてキャパシタ5を用いていたが、これに限ったものではない。蓄電装置としては、電池やコンデンサなどから構成されていてもよい。
【0042】
ここで、上述した本発明に係る電池制御ユニット及び電池システムの実施形態の特徴をそれぞれ以下[1]~[4]に簡潔に纏めて列記する。
[1]
互いに直列接続された複数の電池(21a~21c)毎に設けられ、対応する前記電池(21a~21c)を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池(21a~21c)を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部(31a~31c)と、
前記複数の電池(21a~21c)に並列接続された蓄電装置(5)と、を備えた、
電池制御ユニット(3)。
[2]
[1]に記載の電池制御ユニット(3)であって、
複数の前記電池(21a~21c)から成る組電池(BP1、BP2)が、複数並列接続され、
複数の前記組電池(BP1、BP2)毎に設けられ、対応する前記組電池(BP1、BP2)と該組電池(BP1、BP2)に給電される負荷(7)との接続をオンオフするスイッチ(SW1、SW2)と、を備えた、
電池制御ユニット(3)。
[3]
[1]又は[2]に記載の電池制御ユニット(3)であって、
前記電池は(21a~21c)、太陽光発電機(8)及び充電器(9)から充電される、
電池制御ユニット(3)。
[4]
互いに直列接続された複数の電池(21a~21c)と、
複数の前記電池(21a~21c)毎に設けられ、対応する前記電池(21a~21c)を放電可能とする接続状態と、対応する前記電池(21a~21c)を放電不可とする非接続状態と、に切り替える切替部(31a~31c)と、
前記複数の電池(21a~21c)に並列接続された蓄電装置(5)と、を備えた、
電池システム(1)。
【符号の説明】
【0043】
1 電池システム
3 電池制御ユニット
5 キャパシタ(蓄電装置)
7 負荷
21a~21c 電池
31a~31c 切替部
BP1、BP2 組電池
SW1、SW2 スイッチ
図1
図2
図3
図4
図5