JP2011109910A

JP2011109910A - 充放電制御装置

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Publication number: JP2011109910A
Application number: JP2010277472A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yokoyama; 和也横山
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2011-06-02
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Abstract

【課題】分割された蓄電器の各々の劣化度合に応じて充放電制御を行う充放電制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】充放電制御装置は、電動駆動される電動作業要素との間で電力の授受を行う複数の蓄電部の充放電制御を行う充放電制御装置であって、前記複数の蓄電部の各々の劣化度合を検出する劣化度合検出部と、前記劣化度合検出部の検出結果に基づき、前記複数の蓄電部のうちの少なくともいずれか一つの冷却度合、又は充電度合を調整する調整部とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、充放電が繰り返し行われる蓄電器の充放電制御装置に関する。

二次電池として用いられる蓄電器として、静電的に電荷を蓄積又は放出するコンデンサが挙げられる。コンデンサは、負荷の要求に応じて充放電を繰り返すことにより、電気エネルギの蓄積又は放出を行う。

このようなコンデンサは、例えば、車両や作業機械等の電動機のように、定格出力の大きな負荷との間で電力供給と電力の回収を可能とすべく、大容量化を図るために種々の工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１２５５５９号公報

ところで、蓄電器の大容量化には大型化が伴い、大型化した蓄電器は収納スペースが限られるため、蓄電器を分割することが考えられる。

しかしながら、蓄電器を分割した場合に、設置環境によって、分割された蓄電器同士の劣化度合が異なる場合が生じる。

このような場合に、分割された蓄電器の充放電を一括的に行うと、劣化度合の進行した蓄電器の劣化度合がさらに進行するといった課題や、全体での充電効率の低下が生じるといった課題があった。

そこで、本発明は、分割された蓄電器の各々の劣化度合に応じて充放電制御を行い、劣化の進行度合を平準化する機能を持つ充放電制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面の充放電制御装置は、電動駆動される電動作業要素との間で電力の授受を行う複数の蓄電部の充放電制御を行う充放電制御装置であって、前記複数の蓄電部の各々の劣化度合を検出する劣化度合検出部と、前記劣化度合検出部の検出結果に基づき、前記複数の蓄電部のうちの少なくともいずれか一つの充電度合を調整する調整部とを含み、前記調整部は、前記複数の蓄電部の内部抵抗値、又は静電容量値に基づき、前記充電度合を調整する。

また、前記劣化度合検出部が検出した前記複数の蓄電部の劣化度合にばらつきがあった場合には、前記調整部は、劣化度合の高い前記蓄電部の充電度合を低下させてもよい。

また、前記調整部は、前記複数の蓄電部の各々が互いに直列接続されている場合には、少なくともいずれか一つの蓄電部の充電電圧の上限値を調整することにより、前記充電度合を調整してもよい。

また、前記調整部は、前記複数の蓄電部の各々が互いに並列接続されている場合には、少なくともいずれか一つの蓄電部の充放電電流値を調整することにより、前記充電度合を調整してもよい。

本発明によれば、分割された蓄電器の各々の劣化度合に応じて充放電制御を行い、劣化の進行度合を平準化する機能を持つ充放電制御装置を提供できるという特有の効果が得られる。

実施の形態１の充放電制御装置によって充放電制御が行われる電力制御回路を示す図である。実施の形態１の充放電制御装置で充放電制御を行うバッテリ１９の構成を示す図であり、（ａ）は全体の構成図、（ｂ）はバッテリモジュールの回路構成を示す図である。実施の形態１の充放電制御装置において、各バッテリモジュールの劣化度合を計測する際の計測原理を説明するための図であり、内部抵抗値と静電容量値を計測する際の充電電圧の経時変化を表す特性図である。実施の形態１の充放電制御装置において、各バッテリモジュールの劣化度合を計測する際の計測原理を説明するための図であり、（ａ）は内部抵抗値に基づく劣化度合の判断方法を表す概念図、（ｂ）は静電容量値に基づく劣化度合の判断方法を表す概念図である。、実施の形態１の充放電制御装置による充電度合変更処理の処理手順を示す図である。実施の形態２の充放電制御装置で充放電制御を行う昇降圧コンバータとバッテリの構成を示す図である。実施の形態２の充放電制御装置による充電度合変更処理の処理手順を示す図である。実施の形態３の充放電制御装置による充電度合変更処理の処理手順を示す図である。

以下、本発明の充放電制御装置を適用した実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の充放電制御装置によって充放電制御が行われる電力制御回路を示す図である。この電力制御回路は、昇降圧コンバータ１００、ＤＣバス１１０、電動駆動部１１２、及びバッテリ１９を含む。このバッテリ１９は、実施の形態１の充放電制御装置によって充電電圧値が計測される静電容量成分を含む蓄電器である。

昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、バッテリ１９を接続するための電源接続端子１０３、電動駆動部１１２を接続するための出力端子１０４、一対の出力端子１０４に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０５、バッテリ電圧検出部１０６、及びバッテリ電流検出部１０７を備える。

昇降圧コンバータ１００の出力端子１０４と電動駆動部１１２との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。

リアクトル１０１は、一端が昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続されるとともに、他端が電源接続端子１０３に接続されており、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、駆動制御部１２０からゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。

ここで、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの駆動制御（充放電の切替制御）は、駆動制御部１２０によって行われる。このため、駆動制御部１２０内では、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂによる充放電の切替が検知される。

なお、ここでは、「充放電の切替」という文言は、放電状態から充電状態への切替、充電状態から放電状態への切替、あるいは充放電を行っていない状態から充電状態又は放電状態への切替を表すこととして用いる。

バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。このバッテリ１９は、複数の蓄電部を含み、複数の蓄電部の各々を別々な場所に配設できるように構成されている。このバッテリ１９の構成の詳細については、図２を用いて後述する。

電源接続端子１０３及び出力端子１０４は、バッテリ１９及び電動駆動部１１２が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０３の間には、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部１０６が接続される。一対の出力端子１０４の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。

バッテリ電圧検出部１０６は、バッテリ１９の電圧値Ｖｍ（端子間電圧）を検出し、ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧（以下、ＤＣバス電圧Ｖｄｃ）を検出する。

出力端子１０４に接続される負荷である電動駆動部１１２は、力行運転及び回生運転が可能な電動機を含めばよく、このような電動機としては、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータを用いることができる。

平滑用のコンデンサ１０５は、出力端子１０４の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化できる蓄電素子であればよい。

バッテリ電流検出部１０７は、バッテリ１９に通流する電流の値を検出可能な検出手段であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。このバッテリ電流検出部１０７は、バッテリ１９に通流する電流値Ｉを検出する。

なお、実施の形態１では、バッテリ１９からＤＣバス１１０に電流を供給する方向の電流値を正とし、ＤＣバス１１０からバッテリ１９に電流を供給する方向の電流値を負とする。すなわち、バッテリ１９を放電する際の電流値が正となり、バッテリ１９を充電する際の電流値が負となる。

「昇降圧動作」
このような昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力をＤＣバス１１０に供給する。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。

また、ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを介して、電動駆動部１１２によって発生される回生電力をＤＣバス１１０からバッテリ１９に供給する。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がバッテリ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。

図２は、実施の形態１の充放電制御装置で充放電制御を行うバッテリ１９の構成を示す図であり、（ａ）は全体の構成図、（ｂ）はバッテリモジュールの回路構成を示す図である。

図２（ａ）に示すように、蓄電器としてのバッテリ１９は、実際には、複数の蓄電部としてのバッテリモジュール１９−１〜１９−ｎを含む。

バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎ（ｎは２以上の整数）は、すべて直列に接続されているが、各々を別々の場所に設置できるように、筐体が分けられている。

バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎは、互いに直列接続されたバッテリセルを含む。このように、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎが並列接続された複数のバッテリセルを含み、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎが直列に接続されてバッテリ１９を構成している。

バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎは、それぞれ、冷却装置としての電動ファン１９Ａ−１〜１９Ａ−ｎを含む。この電動ファン１９Ａ−１〜１９Ａ−ｎは、それぞれ、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎから電力の供給を受け、駆動制御部１２０によって駆動される。

また、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎには、それぞれ、モジュール電圧検出部１３０−１〜１３０−ｎが接続されている。モジュール電圧検出部１３０−１〜１３０−ｎで検出されるバッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々のバッテリ電圧値を表す電気信号は、駆動制御部１２０に入力される。

また、図２（ｂ）に示すように、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎは、それぞれ、バッテリ部１９Ｂ−１〜１９Ｂ−ｎ、バイパス回路１９Ｃ−１〜１９Ｃ−ｎ、及び切替スイッチ１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎを含む。切替スイッチ１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎは、各バッテリ部１９Ｂ−１〜１９Ｂ−ｎの前後に配置されている。ここで、切替スイッチ１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎは必ずしも前後の２箇所に設ける必要はなく、どちらか１箇所でもよい。バイパス回路１９Ｃ−１〜１９Ｃ−ｎは、バッテリモジュール単位よりも小さなバッテリセル単位で設置してもよい。

バッテリ部１９Ｂ−１〜１９Ｂ−ｎは、それぞれ、バッテリ１９−１〜１９−ｎの内部で電力を蓄積する部位である。

バイパス回路１９Ｃ−１〜１９Ｃ−ｎは、バッテリ部１９Ｂ−１〜１９Ｂ−ｎの電圧を設定された時間内に予め定められた電圧値まで下げるために用いられる回路であり、切替スイッチ１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎの切替は、駆動制御部１２０によって行われる。

なお、切替スイッチ１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎは、通常時は、図２（ｂ）に示すように、バッテリ部１９Ｂ−１〜１９Ｂ−ｎが充放電可能な位置に接続され、所定の場合にのみ、駆動制御部１２０によってバイパス回路１９Ｃ−１〜１９Ｃ−ｎに切り替えられる。切替スイッチ１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎの切替制御については後述する。

なお、ここでは、蓄電器としてバッテリ１９を示すが、バッテリ１９の代わりに、コンデンサ、充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。

図３は、実施の形態１の充放電制御装置において、各バッテリモジュールの劣化度合を計測する際の計測原理を説明するための図であり、内部抵抗値と静電容量値を計測する際の充電電圧の経時変化を表す特性図である。

図４は、実施の形態１の充放電制御装置において、各バッテリモジュールの劣化度合を計測する際の計測原理を説明するための図であり、（ａ）は内部抵抗値に基づく劣化度合の判断方法を表す概念図、（ｂ）は静電容量値に基づく劣化度合の判断方法を表す概念図である。

なお、この劣化度合の計測と充電度合の調整は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎに対して、劣化度合検出部及び調整部としての駆動制御部１２０によって実行される処理である。

また、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎに対して行われる劣化度合の計測処理は全て同一であるため、ここでは、バッテリモジュール１９−１の劣化度合を計測する場合について説明する。劣化の度合は、バッテリモジュールの内部抵抗又は静電容量の変化の量によって判定される。

図３に示すように、時刻ｔ＝０でバッテリモジュール１９−１にはバッテリ電流は通流していない。このため、バッテリ電流検出部１０７によって検出されるバッテリ電流値は零であり、モジュール電圧検出部１３０−１によって検出される充電電圧値はＶ０である。

時刻ｔ＝ｔ１で、駆動制御部１２０は、バッテリモジュール１９−１の放電を開始する。この放電は、バッテリ電流値Ｉを一定に保持して時刻ｔ＝ｔ２まで継続される。

図３に示すように、時刻ｔ＝ｔ１の直後（すなわち、放電開始直後）では、バッテリモジュール１９−１の内部抵抗成分における電圧降下が生じるため、充電電圧値は瞬時にΔＶ１だけ低下する。

充電電圧値がΔＶ１だけ低下した後は、バッテリ電流値Ｉによる定電流放電により、充電電圧値は線形的に低下し続け、時刻ｔ＝ｔ２までにΔＶ２低下する。

ここで、バッテリモジュール１９−１の内部抵抗値Ｒと静電容量値Ｃは、以下の（１）式及び（２）式で表すことができる。

Ｒ＝ΔＶ１／Ｉ・・・（１）
Ｃ＝∫Ｉｄｔ／ΔＶ２・・・（２）
蓄電部に用いられる蓄電モジュールの劣化進行度合は、蓄電モジュールの温度と充電電圧に依存し、温度が高いほど、又、充電電圧が高いほど、劣化の進行度合が早くなる。そこで、本実施の形態では、劣化の進行度を内部抵抗の抵抗値の変化、若しくは、静電容量の変化で把握し、蓄電モジュールの温度若しくは充電電圧をコントロールすることで劣化の進行度合を調整する。図４（ａ）に、蓄電モジュールの劣化が進行するに従い内部抵抗が増大する態様を示し、図４（ｂ）に蓄電モジュールの劣化が進行するに従い、静電容量が減少する態様を示す。

図４（ａ）に実線で示すように、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの内部抵抗値は、初期抵抗値Ｒ０から徐々に増大する。

ここで、バッテリモジュール１９−１と１９−２で劣化度合に差が生じた場合、実施の形態１による充放電制御を行わない場合は、一点鎖線で示すように、劣化度合の大きいバッテリ１９−１の内部抵抗値は、Ｔｒ１時間で寿命判断の閾値を超えてしまう。

このように、内部抵抗値の寿命判断の閾値Ｒｔを超えるバッテリモジュールが一つでも含まれると、バッテリ１９全体の性能が低下し、全体の寿命にも悪影響を与える場合がある。

また、図４（ｂ）に示すように、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの静電容量値は、初期値Ｃ０から徐々に低下する。

静電容量値についても同様に、実施の形態１による充放電制御を行わない場合は、一点鎖線で示すように、劣化度合の大きいバッテリ１９−１の内部抵抗値は、Ｔｃ１時間で寿命判断の閾値Ｃｔを下回ってしまう。

このように、静電容量値の寿命判断の閾値Ｃｔを下回るバッテリモジュールが一つでも含まれると、バッテリ１９全体の性能が低下し、全体の寿命にも悪影響を与える場合がある。

これに対して、実施の形態１の充放電制御装置では、駆動制御部１２０は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの劣化度合を表す一つの指標として、内部抵抗値を計測し、バッテリモジュール１９−１と１９−２の内部抵抗値の差ΔＲが所定の閾値Ｒ１よりも大きくなると（ｔ＝ｔｒ０）、バッテリモジュール１９−１の充電電圧の上限値を低下させる。

ここで、バッテリモジュール１９−１の充電電圧の上限値を予め定められた値まで低下させる際には、バッテリモジュール１９−１の上限電圧をモジュール１９−２の劣化進行度よりも十分に遅くなる電圧まで下げ、バッテリモジュール１９−２の劣化度が、バッテリモジュール１９−１の劣化度に追いつく程度に低下させる。

また、静電容量値についても同様に、実施の形態１の充放電制御装置では、駆動制御部１２０は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの劣化度合を表す一つの指標として、静電容量値を計測し、バッテリモジュール１９−１と１９−２の静電容量値の差ΔＣが所定の閾値Ｃ１よりも大きくなると（ｔ＝ｔｃ０）、バッテリモジュール１９−１の充電電圧の上限値を低下させる。

このように、劣化度合はバッテリ１９の温度と充電電圧に依存するため、劣化度合の高いバッテリモジュール１９−１の充電度合を他のバッテリモジュール１９−２〜１９−ｎの充電度合よりも低下させることにより、劣化の進行したバッテリモジュール１９−１の内部抵抗値の増加の割合を図４（ａ）に破線で示すように、時間の経過に対して緩やかにすることができ、例えば、バッテリモジュール１９−２と同様に、内部抵抗値に基づいて判定される寿命をＴｒ２時間にまで伸ばすことができる。

また、静電容量値の低下についても同様に、劣化度合の高いバッテリモジュール１９−１の充電度合を他のバッテリモジュール１９−２〜１９−ｎの充電度合よりも低下させることにより、劣化の進行したバッテリモジュール１９−１の静電容量値の低下の割合を図４（ａ）に破線で示すように、時間の経過に対して緩やかにすることができ、例えば、バッテリモジュール１９−２と同様に、静電容量値に基づいて判定される寿命をＴｃ２時間にまで伸ばすことができる。

このような充電度合の調整は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々に対して行われる。

このように、実施の形態１の充放電制御装置によれば、劣化度合にばらつきが生じた場合に、劣化度合の高いバッテリモジュールの充電度合を低下させることにより、劣化度合の高いバッテリモジュールの寿命を延ばすことができる。

また、このように、劣化度合いの高いバッテリモジュールの充電度合を低下させることにより、バッテリ１９全体の寿命を延ばすことができる。

図５は、実施の形態１の充放電制御装置による充電度合変更処理の処理手順を示す図である。これは、駆動制御部１２０によって実行される処理である。

駆動制御部１２０は、電動駆動部１１２の運転が開始されると、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの内部抵抗値と静電容量値を計測する（ステップＳ１１）。

内部抵抗値と静電容量値は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎに定電流Ｉを通流させて放電させ、モジュール電圧検出部１３０−１〜１３０−ｎの各々によって検出される充電電圧値と、バッテリ電流検出部１０７によって検出されるバッテリ電流Ｉ（定電流Ｉ）とに基づき、既述の（１）式及び（２）式を用いて計測される。

駆動制御部１２０は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々の内部抵抗値と静電容量値に基づき、劣化度合にばらつきがあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

この判定は、内部抵抗値については、最も低い内部抵抗値と他のバッテリモジュールの内部抵抗値の差ΔＲが上述の閾値Ｒ１より大きいか否かに基づいて行う。

また、同様に、静電容量値については、最も大きい静電容量値と他のバッテリモジュールの静電容量値の差ΔＣが上述の閾値Ｃ１より大きいか否かに基づいて行う。

なお、実施の形態１では、内部抵抗値と静電容量値のうちのいずれか一方が閾値を超えている場合に、劣化度合にばらつきが生じていると判定する。

駆動制御部１２０は、ばらつきがあると判定した場合には、劣化度合が高く、劣化の進行しているバッテリモジュールの充電電圧の上限値を低下させる（ステップＳ１３Ａ）。これにより、劣化の進行しているバッテリモジュールの寿命を延ばすことができる。

ここで、実施の形態１では、内部抵抗値と静電容量値の両方を計測している場合、両方が閾値を超えた場合に劣化のばらつきありと判定することもできる。

さらに、どちらかの閾値を超えた場合には、バラツキありと判定してもよい。この場合、最も劣化の進行が早いバッテリモジュールを判別して劣化の進行を抑制できるので、より早く平準化に対応できる。

また、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎは、直列接続されているため、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎのうち、劣化の進行の早いモジュールの充電電圧の上限値の低下は、充電中に、駆動制御部１２０が該当するモジュールの切替スイッチ（１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎのいずれか）をバイパス回路（１９Ｃ−１〜１９Ｃ−ｎのいずれか）に切り替えることによって、そのバッテリモジュールの充電電圧を低下後の上限値まで到達させることができる。

なお、ステップＳ１２において、ばらつきがないと判定した場合には、駆動制御部１２０は、現在の充電電圧の上限値を充電電圧の上限値として設定する（ステップＳ１３Ｂ）。すなわち、充電電圧の上限値は変更されない。

駆動制御部１２０は、ステップＳ１３Ａで変更した充電電圧の上限値、又はステップ３Ｂで変更されなかった充電電圧の上限値を用いて、バッテリ１９の充放電制御を行う（ステップＳ１４）。

駆動制御部１２０は、ステップＳ１４が終了すると、図５に示す処理手順を終了する。

なお、以上では、電動駆動部１１２の運転を開始する度に、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの劣化度合を判定する形態について説明したが、例えば、１週間に一度のように、所定期間おきに一度の頻度で行ってもよい。

以上のように、実施の形態１の充放電制御装置によれば、劣化度合にばらつきが生じた場合に、劣化度合の高いバッテリモジュールの充電度合を低下させることにより、劣化度合の高いバッテリモジュールの寿命を延ばすことができる。

以上では、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの充電電圧の上限値の低下は、切替スイッチ１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎをバイパス回路１９Ｃ−１〜１９Ｃ−ｎを切り替えることによって実現される形態について説明したが、電動ファン１９Ａ−１〜１９Ａ−ｎの回転数を上昇させて、電動ファン１９Ａ−１〜１９Ａ−ｎの消費電力を増大させることによって、充電中にそのバッテリモジュールの充電電圧を所定値（低下後の上限値）まで到達させることができる。

この場合は、バイパス回路１９Ｃ−１〜１９Ｃ−ｎと切替スイッチ１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎは不要である。

以上では、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々の内部抵抗値と静電容量値の両方を計測して劣化度合を判定する形態について説明したが、内部抵抗値又は静電容量値のいずれか一方を計測し、計測結果に基づいて劣化度合を判定してもよい。

また、以上では、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの劣化度合に基づき、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々の充電度合を調整する形態について説明したが、これに代えて、あるいは、これに加えて、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々に含まれる複数のバッテリセルの劣化度合に基づき、各々のバッテリセルの充電度合を調整するようにしてもよい。

また、以上では、冷却装置として電動ファン１９Ａ−１〜１９Ａ−ｎがバッテリモジュール１９−１〜１９−ｎに取り付けられている形態について説明したが、電動ファン１９Ａ−１〜１９Ａ−ｎの代わりに、水冷ポンプ、ペルチェ素子を用いてもよい。

［実施の形態２］
図６は、実施の形態２の充放電制御装置で充放電制御を行う昇降圧コンバータとバッテリの構成を示す図である。

実施の形態２の充放電制御装置は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎが互いに並列に接続されており、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々に、モジュール電圧検出部１３０−１〜１３０−ｎに加えて、モジュール電流検出部１４０−１〜１４０−ｎ、及び昇降圧コンバータ１００−１〜１００ｎが接続されている。

すなわち、昇降圧コンバータ１００−１〜１００ｎは、互いに並列にＤＣバス１１０に接続されている。

昇降圧コンバータ１００−１〜１００ｎの各々の構成は、図１に示す実施の形態１の電力制御回路に含まれる昇降圧コンバータ１００の構成と同様に、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、電源接続端子１０３、出力端子１０４、及びコンデンサ１０５を含む。

なお、実施の形態１の昇降圧コンバータ１００は、バッテリ電圧検出部１０６及びバッテリ電流検出部１０７を含むが、実施の形態２の昇降圧コンバータ１００−１〜１００ｎは、バッテリ電圧検出部１０６及びバッテリ電流検出部１０７を含まず、その代わりに、モジュール電圧検出部１３０−１〜１３０−ｎと、モジュール電流検出部１４０−１〜１４０−ｎが接続されており、モジュール電圧検出部１３０−１〜１３０−ｎとモジュール電流検出部１４０−１〜１４０−ｎで検出される電圧値と電流値に基づいて、昇降圧動作が行われる。

図７は、実施の形態２の充放電制御装置による充電度合変更処理の処理手順を示す図である。これは、駆動制御部１２０によって実行される処理である。しかしながら、並列接続の場合はバッテリモジュール１９−１〜１９−ｎで一定の充電電圧値となるため、実施の形態１と同様に充電電圧の上限値を変更することで寿命を延ばすことはできない。ここで、実施の形態２では、バッテリ１９の寿命が温度によって影響することに着目し、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎへの充電電流を制限することで発熱を抑制し、劣化の進行度合が高いバッテリモジュールの温度を下げることで、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの劣化の進行を平準化することができる形態を説明する。

駆動制御部１２０は、電動駆動部１１２の運転が開始されると、既述の（１）式及び（２）式を用いてバッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの内部抵抗値と静電容量値を計測する（ステップＳ２１）。

内部抵抗値と静電容量値は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々に定電流Ｉを通流させて放電させ、モジュール電圧検出部１３０−１〜１３０−ｎの各々によって検出される充電電圧値と、モジュール電流検出部１４０−１〜１４０−ｎの各々によって検出されるバッテリ電流Ｉ（定電流Ｉ）とに基づき、既述の（１）式及び（２）式を用いて計測される。

駆動制御部１２０は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々の内部抵抗値と静電容量値に基づき、劣化度合にばらつきがあるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

なお、実施の形態２では、内部抵抗値と静電容量値のうちのいずれか一方が閾値を超えている場合に、劣化度合にばらつきが生じていると判定する。

駆動制御部１２０は、ばらつきがあると判定した場合には、劣化度合が高く、劣化の進行しているバッテリモジュールの充電電流の上限値を予め定められた電流値まで低下させる（ステップＳ２３Ａ）。これにより、内部抵抗による発熱を抑制できるので、劣化の進行しているバッテリモジュールの寿命を延ばすことができる。

ここで、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎは、並列接続されており、ＤＣバス１１０との間には、昇降圧コンバータ１００−１〜１００ｎが配設されている。

このため、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎのいずれかの充電電流の上限値を低下させることは、駆動制御部１２０が昇降圧コンバータ１００−１〜１００ｎに降圧動作を行わせてバッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々を充電する際に、上限値を低下させることによって実現される。

なお、ステップＳ２２において、ばらつきがないと判定した場合には、駆動制御部１２０は、現在の充電電流の上限値を充電電流の上限値として設定する（ステップＳ２３Ｂ）。すなわち、充電電流の上限値は変更されない。

駆動制御部１２０は、ステップＳ２３Ａで変更した充電電流の上限値、又はステップ３Ｂで変更されなかった充電電流の上限値を用いて、バッテリ１９の充放電制御を行う（ステップＳ２４）。

駆動制御部１２０は、ステップＳ２４が終了すると、図７に示す処理手順を終了する。

以上のように、実施の形態２の充放電制御装置によれば、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの劣化度合にばらつきが生じた場合に、劣化度合の高いバッテリモジュールの充電度合を低下させることにより、劣化度合の高いバッテリモジュールの寿命を延ばすことができる。

以上では、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々の内部抵抗値と静電容量値の両方を計測して劣化度合を判定する形態について説明したが、内部抵抗値又は静電容量値のいずれか一方に基づいて劣化度合を判定してもよい。

［実施の形態３］
図８は、実施の形態３の充放電制御装置による充電度合変更処理の処理手順を示す図である。これは、駆動制御部１２０によって実行される処理である。

実施の形態３の充放電制御装置は、充電度合の調整を行う代わりに、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々の冷却度合を調整する点が実施の形態１、２と異なる。

バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎは、直列接続でも並列接続でもよく、回路構成は、図２又は図６のいずれの構成であってもよいが、直列接続の場合には、図２に示すバイパス回路１９Ｃ−１〜１９Ｃ−ｎと切替スイッチ１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎは不要である。

駆動制御部１２０は、電動駆動部１１２の運転が開始されると、既述の（１）式及び（２）式を用いてバッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの内部抵抗値と静電容量値を計測する（ステップＳ３１）。

ここで、内部抵抗値と静電容量値の計測は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎが直列に接続されている場合には、実施の形態１におけるステップＳ１１と同様に、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎに定電流Ｉを通流させて放電させ、モジュール電圧検出部１３０−１〜１３０−ｎの各々によって検出される充電電圧値と、バッテリ電流検出部１０７によって検出されるバッテリ電流Ｉ（定電流Ｉ）とに基づき、既述の（１）式及び（２）式を用いて計測される。

また、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎが並列に接続されている場合には、実施の形態２におけるステップＳ２１と同様に、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々に定電流Ｉを通流させて放電させ、モジュール電圧検出部１３０−１〜１３０−ｎの各々によって検出される充電電圧値と、モジュール電流検出部１４０−１〜１４０−ｎの各々によって検出されるバッテリ電流Ｉ（定電流Ｉ）とに基づき、既述の（１）式及び（２）式を用いて計測される。

駆動制御部１２０は、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々の内部抵抗値と静電容量値に基づき、劣化度合にばらつきがあるか否かを判定する（ステップＳ３２）。

なお、実施の形態３では、内部抵抗値と静電容量値のうちのいずれか一方が閾値を超えている場合に、劣化度合にばらつきが生じていると判定する。

駆動制御部１２０は、ばらつきがあると判定した場合には、劣化度合が高く、劣化の進行しているバッテリモジュールの電動ファンの回転数を所定の回転数まで増大させる（ステップＳ３３Ａ）。これにより、劣化の進行しているバッテリモジュールが他のバッテリモジュールよりも冷却され、寿命を延ばすことができる。

なお、ステップＳ３２において、ばらつきがないと判定した場合には、駆動制御部１２０は、現在の充電電圧の上限値を充電電圧の上限値として設定する（ステップＳ３３Ｂ）。すなわち、充電電圧の上限値は変更されない。

駆動制御部１２０は、ステップＳ３３Ａで変更した充電電圧の上限値、又はステップ３Ｂで変更されなかった充電電圧の上限値を用いて、バッテリ１９の充放電制御を行う（ステップＳ３４）。

駆動制御部１２０は、ステップＳ３４が終了すると、図８に示す処理手順を終了する。

以上のように、実施の形態３の充放電制御装置によれば、劣化度合にばらつきが生じた場合に、劣化度合の高いバッテリモジュールの冷却度合を増大させることにより、劣化度合の高いバッテリモジュールの寿命を延ばすことができる。

また、このように、劣化度合いの高いバッテリモジュールの冷却度合を増大させることにより、バッテリ１９全体の寿命を延ばすことができる。

また、バッテリモジュール１９−１〜１９−ｎの各々の電動ファンの回転数を所定の回転数まで増大させることで実現される形態について示したが、電動ファンの回転数を変更するのではなく、電動ファンの回転開始の温度設定値を下げることでも実現できる。この場合、劣化度合いが高いバッテリモジュールに備えた電動ファンを他のバッテリモジュールの電動ファンより早期に回転開始させることで。劣化度合が高いバッテリモジュールの寿命を延ばすことができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態の充放電制御装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１９バッテリ
１９−１〜１９−ｎバッテリモジュール
１９Ａ−１〜１９Ａ−ｎ電動ファン
１９Ｂ−１〜１９Ｂ−ｎバッテリ部
１９Ｃ−１〜１９Ｃ−ｎバイパス回路
１９Ｄ−１〜１９Ｄ−ｎ切替スイッチ
１００、１００−１〜１００ｎ昇降圧コンバータ
１０１リアクトル
１０２Ａ昇圧用ＩＧＢＴ
１０２Ｂ降圧用ＩＧＢＴ
１０３電源接続端子
１０４出力端子
１０５コンデンサ
１０６バッテリ電圧検出部
１０７バッテリ電流検出部
１１０ＤＣバス
１１１ＤＣバス電圧検出部
１１２電動駆動部
１２０駆動制御部
１３０−１〜１３０−ｎモジュール電圧検出部
１４０−１〜１４０−ｎモジュール電流検出部

Claims

電動駆動される電動駆動部との間で電力の授受を行う複数の蓄電部の充放電制御を行う充放電制御装置であって、
前記複数の蓄電部の各々の劣化度合を検出する劣化度合検出部と、
前記劣化度合検出部の検出結果に基づき、前記複数の蓄電部のうちの少なくともいずれか一つの充電度合を調整する調整部とを含み、
前記調整部は、前記複数の蓄電部の内部抵抗値、又は静電容量値に基づき、前記充電度合を調整する、充放電制御装置。
前記劣化度合検出部が検出した前記複数の蓄電部の劣化度合にばらつきがあった場合には、前記調整部は、劣化度合の高い前記蓄電部の充電度合を低下させる、請求項１に記載の充放電制御装置。
前記調整部は、前記複数の蓄電部の各々が互いに直列接続されている場合には、少なくともいずれか一つの蓄電部の充電電圧の上限値を調整することにより、前記充電度合を調整する、請求項１又は２に記載の充放電制御装置。
前記調整部は、前記複数の蓄電部の各々が互いに並列接続されている場合には、少なくともいずれか一つの蓄電部の充放電電流値を調整することにより、前記充電度合を調整する、請求項１又は２に記載の充放電制御装置。