(57)【要約】【課題】バッテリに大電流が流れることを抑制可能なバッテリシステムを提供すること。【解決手段】本開示の一形態は、第一バッテリと、前記第一バッテリに直列接続された第一スイッチと、を含む第一バッテリモジュールと、前記第一バッテリモジュールと並列接続され、第二バッテリと、前記第二バッテリに直列接続された第二スイッチと、前記第二スイッチと並列接続された付加回路であって、少なくとも一つのプレ放電用抵抗と、前記プレ放電用抵抗と直列接続されたプレ放電用スイッチと、を有する付加回路と、を少なくとも含む第二バッテリモジュールと、を備え、放電開始直後、前記第一スイッチおよび前記プレ放電用スイッチが閉じられ、その後、前記プレ放電用スイッチが開かれかつ前記第二スイッチが閉じられる、バッテリシステムに向けられる。【選択図】図１
2018093563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一バッテリと、前記第一バッテリに直列接続された第一スイッチと、を含む第一バッテリモジュールと、
前記第一バッテリモジュールと並列接続され、第二バッテリと、前記第二バッテリに直列接続された第二スイッチと、前記第二スイッチと並列接続された付加回路であって、少なくとも一つのプレ放電用抵抗と、前記プレ放電用抵抗と直列接続されたプレ放電用スイッチと、を有する付加回路と、を少なくとも含む第二バッテリモジュールと、を備え、
放電開始直後、前記第一スイッチおよび前記プレ放電用スイッチが閉じられ、その後、前記プレ放電用スイッチが開かれかつ前記第二スイッチが閉じられる、
バッテリシステム。
【請求項２】
前記第一バッテリおよび第二バッテリの電圧差の絶対値が所定の基準値以下になると、前記プレ放電用スイッチを開にし、前記第二スイッチを閉にする制御部、
をさらに備えた、請求項１に記載のバッテリシステム。
【請求項３】
前記少なくとも一つのプレ放電抵抗は可変抵抗であって、
前記第一バッテリおよび第二バッテリの電圧差の絶対値に基づき、前記可変抵抗の値を設定する制御部、
をさらに備えた、請求項１に記載のバッテリシステム。
【請求項４】
前記少なくとも一つのプレ放電抵抗は、抵抗値が互いに異なる複数の抵抗であって、
前記第一バッテリおよび第二バッテリの電圧差の絶対値に基づき、前記複数の抵抗のいずれかを選択する制御部、
をさらに備えた、請求項１に記載のバッテリシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、並列接続された複数のバッテリを含むバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバッテリシステムでは、複数のバッテリが並列接続されて、大容量化が実現されている。バッテリは、例えば、複数のバッテリセルを直列接続した電池列である（例えば、特許文献１を参照）。また、各バッテリには、例えばコンタクタのようなスイッチが直列接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０５４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知の通り、各バッテリの内部抵抗は小さい。従って、これらバッテリ間で電圧差が生じていると、バッテリシステムに接続された負荷への放電開始直後に（即ち、各コンタクタをオンにした直後に）、各バッテリに大電流が流れてしまう。
【０００５】
本開示は、各バッテリに大電流が流れることを抑制可能なバッテリシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一形態は、
第一バッテリと、前記第一バッテリに直列接続された第一スイッチと、を含む第一バッテリモジュールと、
前記第一バッテリモジュールと並列接続され、第二バッテリと、前記第二バッテリに直列接続された第二スイッチと、前記第二スイッチと並列接続された付加回路であって、少なくとも一つのプレ放電用抵抗と、前記プレ放電用抵抗と直列接続されたプレ放電用スイッチと、を有する付加回路と、を少なくとも含む第二バッテリモジュールと、を備え、
放電開始直後、前記第一スイッチおよび前記プレ放電用スイッチが閉じられ、その後、前記プレ放電用スイッチが開かれかつ前記第二スイッチが閉じられる、
バッテリシステムに向けられる。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、第一バッテリおよび第二バッテリに大電流が流れることを抑制可能なバッテリシステムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の第一実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示す図
【図２】図１の制御部の処理手順を示すフロー図
【図３】図２の処理過程でバッテリシステム内を流れるループ電流を示す図
【図４】図３のループ電流等の経時変化を示す図
【図５】比較例に係るバッテリシステムの全体構成を示す図
【図６】図５のバッテリシステム内を流れるループ電流を示す図
【図７】図１のプレ放電用抵抗器の他の構成例を示す図
【図８】図１のプレ放電用抵抗器のさらに他の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、上記図面を参照して、本開示に係る各実施形態に係るバッテリシステムについて詳説する。
【００１０】
＜０．定義＞
下表１は、本実施形態で使用される頭字語や略語の意味を示す。
【００１１】
【表１】
2018093563.tif 000003
【００１２】
＜１−１．第一実施形態の構成＞
図１に示すように、バッテリシステムＳは、例えば電気推進車両に搭載される。電気推進車両としては、ハイブリッド自動車、電気自動車、および、燃料電池自動車が例示される。
【００１３】
このようなバッテリシステムＳは、後述の第一バッテリ１１および第二バッテリ３１を充電するモード（以下、充電モードという）を有する。本開示では、充電モードに興味が無いので、これ以上の説明を控える。
【００１４】
バッテリシステムＳはさらに、後述の第一バッテリ１１および第二バッテリ３１から負荷へ放電するモード（以下、放電モードという）を有する。なお、負荷としては、車載のＡＣモータに交流電力を供給するインバータ、および、ＤＣモータに直流電力を供給するＤＣＤＣコンバータ等が例示される。しかし、これに限らず、上記インバータやＤＣＤＣコンバータ以外が負荷であっても良い。
【００１５】
放電モードのために、バッテリシステムＳは、少なくとも一つの第一バッテリモジュール１と、少なくとも一つの第二バッテリモジュール３と、制御部５と、出力端子７と、を備えている。
【００１６】
第一バッテリモジュール１は、少なくとも、第一バッテリ１１と、第一スイッチ１３と、第一電圧検出部１５と、を含む。
【００１７】
第二バッテリモジュール３は、少なくとも、第二バッテリ３１と、第二スイッチ３３と、第二電圧検出部３５と、付加回路３７と、を含む。
【００１８】
第一バッテリ１１および第二バッテリ３１はそれぞれ、直列に接続された複数のバッテリセルからなる。なお、これに限らず、第一バッテリ１１および第二バッテリ３１はそれぞれ、単一のバッテリセルからなっても良い。
【００１９】
第一スイッチ１３および第二スイッチ３３はそれぞれ、例えばコンタクタ（電磁接触器）や電磁リレー等であって、制御部５からの駆動信号によりオン（閉）／オフ（開）する。
【００２０】
上記第一バッテリ１１および第一スイッチ１３は、第一バッテリモジュール１において電気的に直列に接続される。また、上記第二バッテリ３１および第二スイッチ３３は、第二バッテリモジュール３において電気的に直列に接続される。
【００２１】
第一電圧検出部１５および第二電圧検出部３５はそれぞれ、例えばバッテリ監視ＩＣである。第一電圧検出部１５および第二電圧検出部３５は、第一バッテリ１１および第二バッテリ３１の総電圧を検出し、第一検出結果および第二検出結果として制御部５に出力する。なお、本開示では、第一検出結果は、第一バッテリ１１の総電圧であって、第一バッテリ１１を構成する各バッテリセルの電圧の合計値とする。第二検出結果は、第二バッテリ３１の総電圧であって、第二バッテリ３１を構成する各バッテリセルの電圧の合計値とする。
【００２２】
また、第二バッテリモジュール３において、付加回路３７は、プレ放電用抵抗器３７１と、プレ放電用スイッチ３７３と、を含む。
【００２３】
プレ放電用抵抗器３７１は、少なくとも、第一バッテリ１１および第二バッテリ３１の内部抵抗よりも大きな抵抗値を有する。より具体的には、この抵抗値は、負荷への放電開始直後に、第一バッテリ１１および第二バッテリ３１に大電流が流れないように、適宜適切に設計される。他にも、第一スイッチ１３および第二スイッチ３３の溶着や、第一バッテリ１１および第二バッテリ３１の損傷を考慮しつつ、抵抗値が選ばれることが好ましい。
【００２４】
プレ放電用スイッチ３７３は、第一スイッチ１３等と同様、コンタクタ等であって、制御部５からの駆動信号によりオン／オフする。
【００２５】
プレ放電用抵抗器３７１とプレ放電用スイッチ３７３とは、電気的に直列に接続されて、付加回路３７を構成する。付加回路３７は、第二スイッチ３３と電気的に並列に接続される。
【００２６】
制御部５は、予め格納されたプログラムに従って動作するマイコンを含む。これにより、制御部５は、第一バッテリモジュール１および第二バッテリモジュール３の放電（即ち、出力端子７に接続された負荷への電力供給）を制御する。
【００２７】
＜１−２．制御部の処理＞
次に、図１〜図４を参照して、制御部５の処理について詳説する。
放電要求前、バッテリシステムＳでは、第一スイッチ１３、第二スイッチ３３およびプレ放電用スイッチ３７３はそれぞれオフ（開）の状態（即ち、初期状態）にある。
【００２８】
制御部５（即ち、マイコン）は、外部から放電要求を受け取ると、オン（閉）に切り替えるための駆動信号を第一スイッチ１３およびプレ放電用スイッチ３７３に与える（図２のステップＳ００１）。駆動信号が印加されると、第一スイッチ１３およびプレ放電用スイッチ３７３はオン（閉）の状態に切り替わる。
【００２９】
ステップＳ００１の完了時点で、第一バッテリ１１の総電圧と第二バッテリ３１の総電圧との間に差があると、図３上段に示すループ電流ｉ１１が流れ始める。このループ電流ｉ１１は、プレ放電用抵抗器３７１を流れる。また、ループ電流ｉ１１が流れることで、第一バッテリ１１の総電圧と第二バッテリ３１の総電圧との差の絶対値（以下、総電圧差という）はゼロに近づいていく（図４を参照）。そのため、ループ電流ｉ１１の値は、後述のループ電流ｉ０１の値（図６の矢印を参照）と比較して緩やかに増加すると共に小さくなる（図４を参照）。
【００３０】
次に、制御部５は、ステップＳ００１の次に、第一電圧検出部１５および第二電圧検出部３５から第一検出結果および第二検出結果を受け取り、第一検出結果と第二検出結果の差分の絶対値（以下、単に、差分値という）を求める（ステップＳ００３）。
【００３１】
次に、制御部５は、ステップＳ００３で求めた差分値が予め定められた電圧基準値以下になったか否かを判断する（ステップＳ００５）。ここで、電圧基準値は、上記総電圧差が十分に下がりきったとみなせる程度の値に選ばれ、本バッテリシステムＳの設計・開発段階の実験やシミュレーションにより適宜適切に定められる。
【００３２】
ステップＳ００５でＮＯと判断すると、制御部５は、ステップＳ００３を再度行う。それに対し、ステップＳ００５でＹＥＳと判断すると、制御部５は、オフ（開）に切り替えるための駆動信号をプレ放電用スイッチ３７３に与えると共に、オン（閉）に切り替えるための駆動信号を第二スイッチ３３に与える（ステップＳ００７）。これら駆動信号が印加されると、プレ放電用スイッチ３７３はオン（閉）からオフ（開）の状態に切り替わり、第二スイッチ３３はオフ（閉）からオン（閉）の状態に切り替わる（図４を参照）。
【００３３】
ステップＳ００７の完了時点では、図３下段にて矢印で示すループ電流ｉ１２が流れ始めるが、総電圧差はゼロに十分に近づいているため、このループ電流ｉ１２の値、時間の経過と共に小さくなっていく（図４を参照）。また、総電圧差は、さらにゼロに近づいていく（図４を参照）。
【００３４】
ステップＳ００７の次に、制御部５は、放電終了要求があると（ステップＳ００９）、初期状態に戻すべく、第一スイッチ１３および第二スイッチ３３に駆動信号を印加して（ステップＳ０１１）、図２の処理を終了する。
【００３５】
＜１−３．作用・効果＞
次に、本バッテリシステムＳの作用・効果を明確にするために、図５に示すような比較例を準備する。比較例のバッテリシステムＳ０は、放電モードのために、図５に示すように、第一バッテリモジュール１０と、第二バッテリモジュール３０と、制御部５０と、出力端子７０と、を備えている。
【００３６】
第一バッテリモジュール１０は、第一バッテリ１１および第一スイッチ１３と同様の第一バッテリ１０１と、第一スイッチ１０３と、を含む。第二バッテリモジュール３０は、第二バッテリ３１および第二スイッチ３３と同様の第二バッテリ３０１と、第二スイッチ３０３と、を含む。
【００３７】
制御部５０は、第一バッテリモジュール１０および第二バッテリモジュール３０の放電（即ち、出力端子７０に接続された負荷への電力供給）を制御する。
【００３８】
次に、図５，図６を参照して、制御部５０の処理について詳説する。
放電要求前、バッテリシステムＳ０では、第一スイッチ１０３および第二スイッチ３０３はそれぞれオフ（開）の状態（即ち、初期状態）にある。
【００３９】
制御部５０は、外部から放電要求を受け取ると、第一スイッチ１０３および第二スイッチ３０３に対し、オン（閉）に切り替えるための駆動信号を与える。この時、第一バッテリ１０１の総電圧と第二バッテリ３０１の総電圧との間に差があると、ループ電流ｉ０１が流れ始める。このループ電流ｉ０１は、第一バッテリ１０１および第二バッテリ３０１の各内部抵抗が小さいことから、その値は、前述のループ電流ｉ１１と比較して、急激に増加すると共に大きくなる（図６を参照）。また、ループ電流ｉ０１が流れ始めると、第一バッテリ１０１の総電圧と第二バッテリ３０１の総電圧との差の絶対値はゼロに近づいていく（図６を参照）。
【００４０】
ループ電流ｉ０１（即ち、大電流）により、第一バッテリ１０１および第二バッテリ３０１が損傷する可能性がある。また、ループ電流ｉ０１（即ち、大電流）により、第一スイッチ１０３および第二スイッチ３０３においてアーク放電が生じやすくなり、その結果、第一スイッチ１０３および第二スイッチ３０３に溶着が生じることもある。
【００４１】
それに対し、バッテリシステムＳでは、放電開始直後（即ち、ステップＳ００１の実行時）、第一スイッチ１３およびプレ放電用スイッチ３７３が閉じられる。この時、総電圧差が非ゼロであれば、ループ電流ｉ１１（図３上段の矢印を参照）が流れ始める。このループ電流ｉ１１は、相対的に大きな抵抗値を有するプレ放電用抵抗器３７１を通るため、ループ電流ｉ０１（図６を参照）と比較して緩やかに増加すると共に小さな値をとる（図４を参照）。よって、バッテリシステムＳによれば、バッテリシステムＳ０との比較において、第一バッテリ１１および第二バッテリ３１が損傷する可能性が低減されると共に、第一スイッチ１３および第二スイッチ３３においてアーク放電が生じ難くなる。
【００４２】
＜１−４．付記＞
上記実施形態では、バッテリシステムＳは、第一バッテリモジュール１および第二バッテリモジュール３を一つずつ備えていた。しかし、これに限らず、バッテリシステムＳは、第一バッテリモジュール１および複数の第二バッテリモジュール３を備えていても良い。
【００４３】
また、上記実施形態では、プレ放電用抵抗器３７１は固定抵抗器であるとして説明した。固定抵抗器の場合、ループ電流ｉ１１が総電圧差によっては大きくなってしまうことが想定される。そこで、プレ放電用抵抗器３７１は、図７に示すように可変抵抗器であっても良い。この場合、制御部５は、図２のステップＳ００３で得た差分値に基づき、プレ放電用抵抗器３７１（可変抵抗器）の抵抗値を設定する。具体的には、差分値が大きければ大きいほど、大きな抵抗値が選ばれる。
【００４４】
他にも、プレ放電用抵抗器３７１は、図８に示すように、互いに抵抗値の異なる複数の固定抵抗器Ｒ１…，Ｒｎを含んでいても構わない。この場合、制御部５は、図２のステップＳ００３で得た差分値に基づき、プレ放電用抵抗器３７１（複数の固定抵抗器Ｒ１…，Ｒｎ）から適切なものを選択する。具体的には、差分値が大きければ大きいほど、大きな抵抗値を有する固定抵抗器Ｒ１…，Ｒｎが選ばれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本開示のバッテリシステムは、各バッテリに大電流が流れることを抑制可能であり、電気推進車両等に好適である。
【符号の説明】
【００４６】
Ｓ  バッテリシステム
１  第一バッテリモジュール
１１  第一バッテリ
１３  第一スイッチ
３  第二バッテリモジュール
３１  第二バッテリ
３３  第二スイッチ
３７  付加回路
３７１  プレ放電用抵抗器
３７３  プレ放電用スイッチ
【図１】
2018093563.tif 000004
【図２】
2018093563.tif 000005
【図３】
2018093563.tif 000006
【図４】
2018093563.tif 000007
【図５】
2018093563.tif 000008
【図６】
2018093563.tif 000009
【図７】
2018093563.tif 000010
【図８】
2018093563.tif 000011