JP7416510B2 - charging system - Google Patents
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Description
本発明は、充電システムに関する。 The present invention relates to a charging system.
近年、地球環境への配慮から、内燃機関すなわちエンジンで駆動するエンジン駆動式自動車がモータで駆動する電気自動車、エンジンおよびモータで駆動するハイブリッド自動車または充電器による充電が可能なプラグインハイブリッド自動車に置き換わりつつある。特に、前記電気自動車またはプラグインハイブリッド自動車の性能の向上に伴い電気自動車1台当たりの電池電源すなわち電池モジュールの搭載量が増える傾向にある。 In recent years, out of consideration for the global environment, engine-driven vehicles that are driven by an internal combustion engine have been replaced by electric vehicles that are driven by a motor, hybrid vehicles that are driven by an engine and a motor, or plug-in hybrid vehicles that can be charged using a charger. It's coming. In particular, as the performance of the electric vehicle or plug-in hybrid vehicle improves, the number of battery power sources, that is, the number of battery modules installed per electric vehicle tends to increase.
従来技術の電気自動車に搭載される電池電源とモータを備えるモータシステムでは、前記電気自動車の1充電あたりの航続距離を延長するための種々の工夫が為されているが、その航続距離は前記エンジン駆動式自動車の燃料満タン1回あたりの航続距離にはおよばない。 In the motor system equipped with a battery power source and a motor mounted on a conventional electric vehicle, various efforts have been made to extend the cruising distance per charge of the electric vehicle. It does not match the cruising distance of a self-driving car on a single full tank of fuel.
本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、効率的に充電を制御することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this background, and an object of the present invention is to provide a technology that can efficiently control charging.
上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、充電システムであって、充電回路と、複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュール間の残容量アンバランスをバランス制御するバランス回路と、を備え、相対的に残容量の多い電池モジュールから順に選択的かつ個別に充電制御を行う充電シーケンスと、前記バランス制御を行うバランスシーケンスとを交互に切り換える。 The main invention of the present invention for solving the above problems is a charging system that includes a charging circuit, a plurality of battery modules, and a balance circuit that balances and controls remaining capacity imbalance among the plurality of battery modules. A charging sequence in which charging is selectively and individually controlled in order of battery modules having a relatively large remaining capacity, and a balance sequence in which the balance control is performed are alternately switched.
その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。 Other problems disclosed in the present application and methods for solving the problems will be made clear by the section of the embodiments of the invention and the drawings.
本発明によれば、効率的に充電を制御することができる。 According to the present invention, charging can be efficiently controlled.
図1に示すように、リチウムイオン二次電池セルの充電は、最初に、所定の定電流で充電し(CC充電)、前記リチウムイオン二次電池セルの残容量の増加に伴い充電電圧が上昇し所定電圧値に達した後に、その所定電圧値を維持するように充電電流を徐々に絞りながら定電圧で充電し(CV充電)、充電電流が所定値を下回った状態を検知した場合にその状態を満充電として判定し充電を停止するCCCV充電と呼ばれる充電方式が一般にある。前記CV値は充電対称とするリチウムイオン二次電池セルまたはリチウムイオン二次電池セルを有する電池モジュールの直列個数に比例し、また、充電時間を短縮するためにCC値の増加を必要とし、前記CV値に係る充電回路の出力電圧定格、および、前記CC値に係る充電回路の出力電流定格の高低はコストアップに直接影響する。 As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery cell is first charged with a predetermined constant current (CC charging), and the charging voltage increases as the remaining capacity of the lithium ion secondary battery cell increases. After reaching a predetermined voltage value, charging is performed at a constant voltage while gradually reducing the charging current to maintain the predetermined voltage value (CV charging). There is generally a charging method called CCCV charging that determines the state as fully charged and stops charging. The CV value is proportional to the number of lithium ion secondary battery cells to be charged or the number of battery modules having lithium ion secondary battery cells connected in series, and it is necessary to increase the CC value in order to shorten the charging time. The output voltage rating of the charging circuit related to the CV value and the output current rating of the charging circuit related to the CC value directly affect the increase in cost.
複数のリチウムイオン二次電池セルで成る複数個の電池モジュールが搭載される電気自動車の充電について、例えば、図2に示すように、リチウムイオン二次電池セル群1を有する3個の電池モジュール2を直列接続して電池モジュール2群を構成し、前記電池モジュール2群に充電回路3を接続して前記3個の電池モジュール2をまとめて充電する方法がある。 For charging an electric vehicle equipped with a plurality of battery modules each including a plurality of lithium ion secondary battery cells, for example, as shown in FIG. 2, three
充電システム100は、図4に示すように、リチウムイオン二次電池セル群1を有する3個の電池モジュール2がスイッチ6を介して充電回路3と接続される。ここでは、前記スイッチ6の全てはオフ状態にあるが、後述のフローチャート図に従いメインコントローラ4が指示信号5または指示信号7を送信して前記スイッチ6のオンまたはオフ、または、充電回路3の充電電流の出力または停止を操作する。 In the
なお、図4では、スイッチ6を模式的に有接点スイッチで図示したが、FET等の半導体スイッチを用いても良い。 Although the
また、リチウムイオン二次電池セルで成る複数個の電池モジュールが搭載される電気自動車の充電について、例えば、図3に示すように、リチウムイオン二次電池セル群1を有する3個の電池モジュール2を並列接続して電池モジュール2群を構成し、前記電池モジュール2群に充電回路3を接続して前記複数の電池モジュール2をまとめて充電する方法がある。 Regarding the charging of an electric vehicle equipped with a plurality of battery modules made up of lithium ion secondary battery cells, for example, as shown in FIG. There is a method of connecting the
本実施形態に係る充電システム100(a)は、図5に示すように、それぞれオンまたはオフに操作されたスイッチ6を介して3個の電池モジュール2の内の1個の電池モジュール2と充電回路3が接続される。これにより充電回路3によるCCCV充電が実行されて前記3個の電池モジュール2の内の1個の電池モジュール2みが選択的個別に充電される。 As shown in FIG. 5, the charging system 100(a) according to the present embodiment charges one of the three
本実施形態に係る充電システム100(b)は、図6に示すように、リチウムイオン二次電池セル群1を有する3個の電池モジュール2が全てオンに操作されたスイッチ6を介して並列接続されて、前記3個の電池モジュール2間の残容量アンバランスがある場合には、前記3個の電池モジュール間に電流が往来して電圧が均衡して自律的にバランスする。この際、充電回路3は充電電流を出力せず停止状態にある。 As shown in FIG. 6, in the charging system 100(b) according to the present embodiment, three
充電システム100のメインコントローラ4の制御について、次に、図7のフローチャート図を用いて説明する。 Next, the control of the
充電システム100のメインコントローラ4は、Step1にて、3個の電池モジュール2の残容量を検知し、Step2にて、前記3個の電池モジュール2の内、相対的に1番目に残容量の多い電池モジュール2を選択する。前記残容量の検知は、メインコントローラ4が電池モジュール2の端子に表れる電圧を直接検知する方法、または、図示しない電池モジュール2内のモジュールコントローラと通信を行いリチウムイオン二次電池セル群1の電圧値情報を取得する方法、のいずれであっても良い。 The
充電システム100のメインコントローラ4は、Step2にて選択した3個の電池モジュール2の内、相対的に1番目に残容量の多い電池モジュール2に対する充電を行うStep3の充電シーケンスへ移行する。充電シーケンスは、図5に示す状態aすなわち充電システム100(a)の構成で行われる。なお、図5では、3つの電池モジュール2のうち中央のものが選択された状態を示している。前記充電シーケンスにおける充電の方法は、充電システム100の充電回路3が商用電源である交流電圧を入力し直流電圧に変換し所望のCCCV充電を行うが、前記充電回路3は、直列接続または並列接続続された3個の電池モジュール2をまとめて充電する方法と異なり、1個の電池モジュール2を選択的個別に充電するためのCC充電およびCV充電、すなわち、前記充電回路3の出力電圧定格および出力電流定格を1個の電池モジュール2に合わせるためコストアップしない、すなわち、同じ個数の電池モジュールを充電する充電システムに対して大幅にコストダウンできる。 The
充電システム100のメインコントローラ4は、Step4にて、図示しない通信信号を用いて充電回路3が充電中に異常状態を検知したか否か、例えば、電池モジュール2内のリチウムイオン二次電池セル群1が過電圧状態か否か、または、高温状態か否かを検知する。Step4にて前記異常状態でないと判定するとStep5へ移行し、前記充電回路3が前記電池モジュール2の充電を完了したか否かを検知する。Step5にて、前記充電回路3が前記電池モジュール2を選択的個別に充電完了していないと判定するとStep3に帰還する一方、前記電池モジュール2を選択的個別に充電完了した、すなわち、前記電池モジュール2が満充電になったと判定すると充電回路3の充電電流の出力を停止しStep6へ移行しバランスシーケンスを実行する。バランスシーケンスは、図6に示す状態bすなわち充電システム100(b)の構成で行われる。メインコントローラ4は、スイッチ6の全てをオンに操作し、3個の電池モジュール2を並列接続する。この際、Step5で満充電となった1個の前記電池モジュール2、および、満充電でない残り2個の電池モジュール2の間に電流が往来して電圧が均衡し自律的にバランスする。つまり、前記満充電でなかった前記残り2個の電池モジュール2がバランスシーケンスによりそれらの残容量が満充電すなわち100%に近づく。 In
充電システム100のメインコントローラ4は、Step7にてバランス中に異常状態を検知したか否か、例えば、電池モジュール2内のリチウムイオン二次電池セル群1が過電圧状態か否か、過電流状態か否か、または、高温状態か否かを検知する。Step7にて前記異常状態でないと判定するとStep8へ移行し、バランスが完了したか否か、すなわち、前記並列接続された3個の電池モジュール2間の残容量差すなわち電圧差が所定値以下であるか否かを検知する。Step8にて、バランスが完了していないと判定するとStep6へ帰還する一方、前記バランスが完了したと判定するとStep10へ移行し、Step3の充電シーケンスにおいて3個の電池モジュール2の全てが充電完了したか否かを検知する。前記3個の電池モジュール2の全てが充電完了したと判定すると充電システム100の制御が終了し、一方、前記3個の電池モジュール2が全て充電完了していないと判定すると、Step1へ帰還し、前記3個の電池モジュール2の全てが充電完了するまでStep1ないしStep3の相対的に残容量の多い電池モジュール2に対して選択個別に充電する充電シーケンス、およびStep6のバランスシーケンスを繰り返す。 The
一般に電気自動車のモータ駆動用に使用されるリチウムイオン二次電池は内部抵抗が低いため前記バランスに要する時間はCCCV充電による通常の充電時間に対して比較的極めて短い。したがって、充電回路3の出力電流定格を上げることなく1個の電池モジュール2に対する充電時間が相応に長い場合もStep1ないしStep3の相対的に残容量の多い電池モジュール2に対して選択的個別に充電することで充電時間を短縮する充電シーケンス、および、Step6の3個の電池モジュール2の短時間のバランスシーケンスを組み合わせることにより充電回路のコストダウンと3個の電池モジュール2の合計充電時間の短縮の両立を実現できる。 Since a lithium ion secondary battery generally used for driving a motor of an electric vehicle has a low internal resistance, the time required for the above-mentioned balancing is relatively extremely short compared to the normal charging time by CCCV charging. Therefore, even if the charging time for one
また一方、Step4にて、前記異常状態であると判定するとStep9へ移行し全シーケンス、すなわち、充電シーケンスおよびバランスシーケンスを中断する。この際、充電システム100は、図2に示すスイッチ6の全てをオフに操作した充電システム100の構成となり、充電システム内のあらゆる箇所の通電を遮断しリチウムイオン二次電池の様々な故障モードに対応し安全性を確保する。 On the other hand, if it is determined in
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。 Although the present embodiment has been described above, the above embodiment is for facilitating understanding of the present invention, and is not for construing the present invention in a limited manner. The present invention may be modified and improved without departing from the spirit thereof, and the present invention also includes equivalents thereof.
2 電池モジュール
4 メインコントローラ
100 充電システム2
Claims (2)
複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュール間の残容量アンバランスをバランス制御するバランス回路と、
を備え、
相対的に残容量の多い電池モジュールから順に選択的かつ個別に充電制御を行う充電シーケンスと、前記バランス制御を行うバランスシーケンスとを交互に切り換える充電システム。charging circuit;
multiple battery modules;
a balance circuit that balances and controls remaining capacity imbalance among the plurality of battery modules;
Equipped with
A charging system that alternately switches between a charging sequence in which charging is selectively and individually controlled in order of battery modules having a relatively large remaining capacity, and a balance sequence in which the balance control is performed.
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